ÖNS ÖZ
Yapıl an çalış ma süresi nce her t ürl ü yar dı m, dest ek ve anl ayışları i çi n Sayın Doç. Dr. Or han İnce’ye,
Deneysel çalış mal arda ver di kl eri yar dı m ve bi l giler i çi n Sayı n Doç. Dr. Bahar Kasapgil İnce’ye ve araştır ma görevlisi Sayı n Nil gün Ay man Öz’e,
Çalış manı n çeşitli aşa mal arı nda ver di kl eri dest ek i çi n ar kadaşl arı m Sayı n Dol unay Şakar, Nil ay Sayı, Güli n Özil ki z, Barış Önel, Banu Sı zırıcı ve Arzu Acar’a,
İşlet me verileri ni n el de edil mesi nde yar dı mları ndan dol ayı Sayı n Must afa Kol ukırı k ve Sayı n Özge Eyi ce’ye
Ma nevi dest ekl eri yl e her za man yanı mda ol an aileme ve arkadaşl arı ma, Çok t eşekkür edi yor um.
Bengü KOÇARSLAN Eyl ül 2002
İ Çİ NDEKİ LER
KI SALT MALAR vi
TABLO Lİ STESİ vii
ŞEKİ L Lİ STESİ i x
ÖZET xi
SUMMARY xii
1. Gİ Rİ Ş 1
1. 1. Çalış manı n Anl a m ve Öne mi 1
1. 2. Çalış manı n Amaç ve Kapsa mı 3
2. ANAEROBİ K ARI TI MI N TEMEL ESASLARI 4
2. 1. Anaer obi k Arıtı mın Avant aj ve Dezavant ajları 4
2. 2. Anaer obi k Arıtı mın Genel Tanı mı 6
2. 3. Anaer obi k Arıtı mın Mikr obi yol ojisi ve Bi yoki myası 10
2. 3. 1. Hi dr oli z 11
2. 3. 2. Asit Fazı 13
2. 3. 3. Met an Ür eti mi 16
2. 4 İşl et meye Al ma ve Pr oses Kontr ol ü 19
2. 5. Çevr esel Fakt örl er 21
2. 5. 1. pH ve Al kali nite 21
2. 5. 2. Sı caklı k 22
2. 5. 3. Besi Maddesi İhti yacı 22
2. 5. 4. Karı ştır manı n Et kisi 23
2. 5. 5. Toksi sit e ve İnhi bisyonun Et ki si 23
2. 5. 5. 1. Uçucu Asit İnhi bi syonu 24
2. 5. 5. 2. Sülf ür İnhibi syonu 25
2. 5. 5. 3. Amonyak Az ot u İnhi bi syonu 26
2. 5. 5. 4. Ağır Met al İnhi bi syonu 26
3. ANAEROBİ K REAKTÖRLER 28
3. 1. Reakt ör Seçenekl eri 28
3. 1. 1. Kl asi k Anaer obi k Reakt örl er 28
3. 1. 2. Yukarı Akı şlı Aner obi k Ça mur Yat akl arı 30
3. 1. 3 Anaer obi k Kont ak Reakt örl er 31
3. 1. 4. Anaer obi k Filtrel er 33
3. 1. 5. Döner Diskl er 34
3. 1. 6. Anaer obi k Geni şl etil miş/ Akı şkan Yat aklı Reakt ör 35 3. 1. 7. Hi brit Reakt ör(Ha vası z Ça mur Yat aklı Filtre) 37
3. 1. 8.İki Kade meli Havası z Reakt ör 38
4. TEKEL FABRİ KALARI ARI TMA Sİ STEMLERİ 40
4. 1. Rakı Ür eti mi 40
4. 1. 2. Su ma 40
4. 1. 3. Hazırlı k Aşa ması 41
4. 1. 4. Da mıt ma 41
4. 2. Kanyak Ür eti mi 42
4. 3. Tekel Nevşehir Rakı Fabri kası 42
4. 3. 1. Distil asyon Atıksul arı 42
4. 3. 2. Evsel Atı ksul ar 43
4. 3. 3 Pr oses Akı ş Şeması nı n Açı kl an ması 43
4. 3. 3. 1. Atı ksu Ön Çökt ür me Havuzu 43
4. 3. 3. 2. Kont ak Havuzu 43
4. 3. 3. 3. Anaer obi k Reakt ör Tankı 44
4. 3. 3. 4. Pl akalı Çökelt me Tankı 45
4. 3. 3. 5. I. Haval andır ma Havuzu 45
4. 3. 3. 6. I. Çökeltme Tankı 46
4. 3. 3. 7. II. Haval andır ma Havuzu 46
4. 3. 3. 8. II. Çökeltme Havuzu 46
4. 3. 3. 9. Belt Filtre- Ça mur Susuzl aştır ma 46
4. 4. Tekel Tekir dağ İçki Fabri kası 48
4. 5. Tekel Çanakkal e Kanyak Fabri kası 52
4. 6. Tekel İst anbul İçki Fabri kası 55
4. 6. 1. Atı ksu Özelli kl eri 55
4. 6. 2. Arıt ma Si st e mi 56
4. 6. 2. 1. Distil asyon Atı ğı Terfi Mer kezi 56
4. 6. 2. 2. Çökelt me Tankı 56
4. 6. 2. 3. Resirkül asyon Tankı 56
4. 6. 2. 4. Yukarı Akışlı Anaer obi k Ça mur Yatağı 56
4. 6. 2. 5 Gr anül Çamur Deposu 57
5. METOT VE YÖNTEMLER 59
5. 1. Spesifi k Met an Aki ti vit e Testi 59
5. 1. 1. Spesifi k Met an Akti vit e Test Düzeneği 59 5. 1. 2. Labor at uvar da Spesifi k Met an Akti vit e Testi İçi n Yapıl an Çalış malar 60
5. 2. Mi kr obi yol oji k Çalış mal ar 64
5. 2. 1. Direkt Mikr oskobi k Sayı m Yönt e mi 64
6. TEKEL FABRİ KALARI ANAEROBİ K ARI TMA TESİ SLERİ 66 PERFOR MANS LARI
6. 1. Tekel Nevşehir Rakı Fabri kası Anaer obi k Kont ak Reakt ör ü Perf or mansı 66 6. 2. Tekel Tekir dağ İçki Fabri kası Yukarı Akı şlı Anaer obi k Ça mur Yat ağı 70 Perf or mansı
6. 3. Tekel Çanakkal e Kanyak Fabri kası Yukarı Akı şlı Anaer obi k Ça mur Yat ağı 73
Perfor mansı
6. 4. Tekel İst anbul İçki Fabri kası Yukarı Akı şlı Anaer obi k Ça mur Yat ağı 76 Perf or mansı
7. DENEYSEL SONUÇLAR 80
7. 1. S MA Testi Sonuçl arı 80
7. 2. Mikr obi yol oji k Çalış ma Sonuçl arı 85
8. SONUÇLAR ve ÖNERİ LER 91
8. 2. Öneril er 94
KAYNAKLAR 95
EKLER 97
KI SALT MALAR
AKM : Askı da Katı Madde
UAKM : Uçucu Askı da Katı Madde
HRT : Hidroli k Bekl et me Süresi S MA : Spesifi k Met an Akti vit e Testi
KOİ : Ki myasal Oksijen İhti yacı
BOİ : Bi yoki myasal Oksij en İhti yacı
TABLO Lİ STESİ
Sayf a No Tabl o 2. 1. Bi yoenerji ve Aktif Ça mur Prosesl eri ni n Ti pi k Tasarı m
Para metrel eri ve Perfor mansl arı nı n Karşılaştırıl ması
5
Tabl o 2. 2. Kar bonhi dratl ar dan ve Ami noasitl er den Uçucu Asitleri n Ür eti mi 14
Tabl o 2. 3. Uç ucu Asitl er den Aset at Ür eti mi 14
Tabl o 2. 4. Met an Ar kel eri ni n Substrat Kull anı mı 18
Tabl o 2. 5. Anaer obi k Arıtı mın İzl enmesi ve Kontr ol ü İçi n Öneril en Par a met rel er
19
Tabl o 2. 6. Anaer obi k Arıtı m Perf orma ns Değerl eri 21
Tabl o 2. 7. Çeşitli Mi kr o- Nütrientleri n Faydalı İnhi bit ör ve Toksi k Et kileri 25 Tabl o 2. 8. Amonyak Azot u Konsant rasyonl arı nı n Anaer obi k Arıtı m
Üzeri ndeki Et kisi
26
Tabl o 3. 1. Anaer obi k Kont ak Reakt örl er 33
Tabl o 4. 1. Nevşehir Rakı Fabri kası At ı ksu Tasarı m Para metrel eri 43 Tabl o 4. 2. SKKY Al kol ve Al koll ü İçki Ür eti mi ve Benzerl eri 55
Tabl o 5. 1. Seyr elt me Suyu 61
Tabl o 6. 1. Far klı pH Değerl eri ndeki Akti vite Yüzdesi ve İnhibi syon Değerl eri
76
Tabl o 7. 1. Çeşitli Substratlar İçi n Elde Edil en Pot ansi yel Met an Üreti m Hı zl arı
82
Tabl o 7. 2. Tekel Fabri kal arı Mikr obi yol oji k Sayı m Sonuçl arı 88
Tabl o 8. 1. Tekel Fabri kal arı Deneysel Sonuçl arı 91
Tabl o C. 1. Tekel Nevşehir Rakı Fabri kası Anaer obi k Kont ak Reakt ör ü 1998-2000 Yılı İşlet me Verileri
115
Tabl o C. 2. Tekel Nevşehir Rakı Fabri kası Anaer obi k Kont ak Reakt ör ü 1998-2000 Yılı pH Deği şi mi İşl et me Verileri
120
Tabl o C. 3. Tekel Nevşehir Rakı Fabri kası Anaer obi k Kont ak Reakt ör ü 1998-2000 Yılı Sı caklı k Deği şi mi İşlet me Verileri
123
Tabl o C. 4. Tekel Nevşehir Rakı Fabri kası Anaer obi k Kont ak Reakt ör ü 1998-2000 Yılı HRT Deği şi mi İşlet me Verileri
126
Tabl o C. 5. Tekel Nevşehir Rakı Fabri kası Anaer obi k Kont ak Reakt ör ü 1999-2000 Yılı Bi ogaz Deği şimi İşlet me Verileri
129
Tabl o C. 6. Tekel Tekir dağ İçki Fabri kası Yukarı Akı şlı Anaerobi k Ça mur Yat ağı 2000 Yılı İşlet me Verileri
131
Tabl o C. 7. Tekel Tekir dağ İçki Fabri kası Yukarı Akı şlı Anaerobi k Ça mur Yat ağı Bi ogaz Deği şi mi Verileri
136
Tabl o C. 8. Tekel Çanakkal e Kanyak Fabri kası Yukarı Akı şlı Anaer obi k Ça mur Yat ağı 2000- 2001 Yılı İşlet me Verileri
Tabl o C. 9. Tekel İst anbul İçki Fabrikası Yukarı Akı şlı Anaerobi k Ça mur Yat ağı 1996- 2000 Yılları Arası İşlet me Verileri
140
Tabl oC. 10 Tekel Nevşehir Rakı Fabri kası Anaer obi k Kont ak Reakt ör ü S MA
Sonuçl arı 142
Tabl oC. 11 Tekel Tekir dağ İçki Fab. ve Çanakkal e Kanyak Fabri kası Yukarı Akı şlı Anaer obi k Ça mur Yat ağı SMA Sonuçl arı
144
Tabl oC. 12 Tekel İst anbul İçki Fabrikası Yukarı Akı şlı Anaerobi k Ça mur Yat ağı SMA Sonuçl arı
ŞEKİ L Lİ STESİ
Sayf a No
Şekil 2. 1. Anaer obi k Dönüşü m Aşamal arı 8
Şekil 2. 2. Dokuz Fazlı Model 9
Şekil 2. 3. Anaer obi k Bi yodönüşü m Aşa mal arı ndaki Mikr oorgani z ma Gr upl arı
10
Şekil 2. 4. Anaer obi k Arıtı mdaki Substrat Kull anı mı ve Mikroor gani z ma Ti pl eri
12
Şekil 2. 5. H2 Kıs mi Bası ncı nı n Met an Üreti mi Süreci ndeki Öne mi 15 Şekil 2. 6. Anaer obi k Arıtı m Aşa ması nda Et ki n Olan Türl er 17
Şekil 3. 1. Kl asi k Anaer obi k Reakt ör 29
Şekil 3. 2. Yukarı Akı şlı Anaer obi k Ça mur Yat ağı 31
Şekil 3. 3. Anaer obi k Kont ak Reaktör 33
Şekil 3. 4. Anaer obi k Filtre 34
Şekil 3. 5. Döner Disk 35
Şekil 3. 6. Anaer obi k Genişl etil miş / Akı şkan Yat aklı Reakt ör 37
Şekil 3. 7. Hi brit Reakt ör 38
Şekil 3. 8. İki Kade meli Havası z Reakt ör 39
Şekil 4. 1. Tekel Nevşehir Rakı Fabri kası Arıt ma Tesisi Akım Şe ması 47 Şekil 4. 2. Tekel Tekirdağ İçki Fabri kası Arıt ma Tesisi Şe ması 51 Şekil 4. 3. Tekel Çanakkal e Kanyak Fabri kası Arıt ma Tesisi Akı m Şe ması 54 Şekil 4. 4. Tekel İstanbul İçki Fabrikası Arıt ma Tesisi Akı m Şe ması 58
Şekil 5. 1 Spesifi k Met an Akti vite Test Düzeneği 62
Şekil 5. 2 Gaz Öl çü münün Şe mati k Göst eri mi 63
Şekil 5. 3. Gaz Öl çü m Si st e mi ni n Kali brasyonu İçi n Kull anılan Al et 63 Şekil 6. 1. Tekel Nevşehir Rakı Fabri kası Anaer obi k Kont ak Reakt ör ü KOİ
Gi deri m Perfor mansı Deği şi mi
68
Şekil 6. 2. Tekel Nevşehir Rakı Fabri kası Anaer obi k Kont ak Reakt ör ü Or gani k Yük Deği şi mi
69
Şekil 6. 3. Tekel Tekir dağ İçki Fabri kası Yukarı Akı şlı Anaer obi k Ça mur Yat ağı KOİ Perfor mansı Deği şi mi
71
Şekil 6. 4. Tekel Tekir dağ İçki Fabri kası Yukarı Akı şlı Anaer obi k Ça mur Yat ağı Or gani k Yük Değişi mi
72
Şekil 6. 5. Tekel Çanakkal e Kanyak Fabri kası Anaer obi k Ça mur Yat ağı KOİ Gi deri m Perfor mansı Deği şi mi
74
Şekil 6. 6. Tekel Çanakkal e Kanyak Fabri kası Yukarı Akı şlı Anaer obi k Ça mur Yat ağı Or gani k Yük Deği şi mi
75
Şekil 6. 7. Tekel İst anbul İçki Fab. Yukarı Akı şlı Anaer obi k Ça mur Yat ağı Gi riş- Çı kış KOİ Kons ve KOİ Gi deri m Perfor mansı Deği şi mi
78
Şekil 6. 8. Tekel İst anbul İçki Fab. Yukarı Akı şlı Anaer obi k Ça mur Yat ağı Or gani k Yük Deği şi mi
79
Şekil 7. 1. Tekel Nevşehir Rakı Fabri kası Anaer obi k Kont ak Reakt ör ü SMA Sonucu
83
Yat ağı SMA Sonucu
Şekil 7. 3. Tekel Çanakkal e Kanyak Fabri kası Yukarı Akı şlı Anaer obi k Ça mur Yat ağı SMA Sonucu
84
Şekil 7. 4. Tekel İstanbul İçki Fabrikası Yukarı Akı şlı Anaerobi k Ça mur Yat ağı SMA Sonucu
84
Şekil 7. 5. Tekel Fabri kal arı Anaer obi k Reakt örleri ndeki Ot ofl oresan Met an Ar kel eri ni n Kendi İçi ndeki Yüzdesi
86
Şekil 7. 6. Tekel Nevşehir Rakı Fabri kası Anaer obi k Kont ak Reakt ör ü Ot ofl oresan Met an Ar keleri ve Di ğer Mikr. Dağılımı
89
Şekil 7. 7. Tekel Tekirdağ İçki Fabri kası Yukarı Akı şlı Anaerobi k Ça mur Yat ağı Ot ofl oresan Met an Ar kel eri ve Di ğer Mikr. Dağılı mı
89
Şekil 7. 8. Tekel Çanakkal e Kanyak Fabri kası Yukarı Akı şlı Anaer obi k Ça mur Yat ağı Ot ofl oresan Met an Ar kel eri ve Di ğer Mikr. Dağılı mı
90
Şekil 7. 9. Tekel İstanbul İçki Fab. Yukarı Akı şlı Anaer obi k Ça mur Yat ağı Ot ofl oresan Met an Ar keleri ve Di ğer Mikr. Dağılımı
90
Şekil A.1. Tekel Nevşehir Rakı Fabri kası Anaer obi k Kont ak Reakt ör ü Gi riş- Çı kış KOİ Konsantrasyonu Deği şi mi
98
Şekil A.2. Tekel Nevşehir Rakı Fabri kası Anaer obi k Kont ak Reakt ör ü pH Deği şi mi
99
Şekil A.3. Tekel Nevşehir Rakı Fabri kası Anaer obi k Kont ak Reakt ör ü Sı caklı k Deği şi mi
100
Şekil A.4. Tekel Nevşehir Rakı Fabri kası Anaer obi k Kont ak Reakt ör ü HRT Deği şi mi
101
Şekil A.5. Tekel Nevşehir Rakı Fabri kası Anaer obi k Kont ak Reakt ör ü Met an Veri mi Deği şi mi
102
Şekil A.6. Tekel Tekir dağ İçki Fabri kası Yukarı Akı şlı Anaer obi k Ça mur Yat ağı Giriş- Çı kış KOİ Kons. Değişi mi
103
Şekil A.7. Tekel Tekir dağ İçki Fabri kası Yukarı Akı şlı Anaer obi k Ça mur Yat ağı pH Deği şi mi
104
Şekil A.8. Tekel Tekir dağ İçki Fabri kası Yukarı Akı şlı Anaer obi k Ça mur Yat ağı Sı caklı k Deği şi mi
105
Şekil A.9. Tekel Çanakkal e Kanyak Fabri kası Yukarı Akı şlı Anaer obi k Ça mur Yat ağı Giriş- Çı kış KOİ Konsantrasyonu Deği şi mi
106
Şekil A.10. Tekel Çanakkal e Kanyak Fabri kası Yukarı Akı şlı Anaer obi k Ça mur Yat ağı Sı caklı k Deği şi mi
107
Şekil A.11. Tekel Çanakkal e Kanyak Fabri kası Yukarı Akı şlı Anaer obi k Ça mur Yat ağı pH Deği şimi
108
Şekil A.12. Tekel İstanbul İçki Fab. Yukarı Akı şlı Anaer obi k Ça mur Yat ağı pH Deği şi mi
109
Şekil A.13. Tekel İstanbul İçki Fab. Yukarı Akı şlı Anaer obi k Ça mur Yat ağı Met an Veri mi Deği şi mi
110
Şekil B. 1 Tekel Nevşehir Rakı Fabri kası Yukarı Akı şlı Anaerobi k Ça mur Yat ağı Otofl oresan Met an Ar kel eri ni n Dağılı mı
112
Şekil B. 2. Tekel Tekirdağ İçki Fabri kası Yukarı Akı şlı Anaerobi k Ça mur Yat ağı Otofl oresan Met an Ar kel eri ni n Dağılı mı
112
Şekil B. 3 Tekel Çanakkal e İçki Fabri kası Yukarı Akı şlı Anaerobi k Ça mur Yat ağı Ot ofl oresan Met an Ar kel eri ni n Dağılı mı
113
Şekil B. 4. Tekel İstanbul İçki Fabrikası Yukarı Akı şlı Anaerobi k Ça mur Yat ağı Ot ofl oresan Met an Ar kel eri ni n Dağılı mı
ÖZET
ALKOLLÜ İ ÇKİ ENDÜSTRİ Sİ ATI KSULARI NI N ANAEROBİ K ARI TI MI NDA ETKİ N OLAN TÜRLERİ N SAYI LARI NI N VE AKTİ Vİ TELERİ Nİ N BELİ RLENMESİ
Bu çalış mada, Tekel fabri kal arı nda i şl et mede bul unan anaer obi k arıt ma t esisl eri ndeki atı ksu ko mpozi syonu, reakt ör ti pi, işl et me koşulları nı n et ki n ol an mi kr obi yal t ürl er üzeri ndeki et kileşi mi araştırıl mıştır.
Bu kapsa mda Tekel Nevşehir Rakı Fabri kası, Tekel Çanakkal e Kanyak Fabri kası, Tekel Tekirdağ İçki Fabri kası, Tekel İst anbul İ çki Fabri kası anaer obi k arıt ma tesisleri nden alı nan bi yol oji k ça mur ör nekl eri nde et ki n ol an t ürl er ve sayıları Epifl oresan mi kr oskobu kull anılarak t espit edil miştir. Belirlenen anaer obik t ürl eri n akti viteleri, spesifi k metan akti vite t esti ( S MA) kull anılarak öl çül müştür. Tekel Tekirdağ İçki Fabri kası yukarı akışlı anaer obi k çamur yat ağı nda KOİ gi deri m veri mi; %55- 90, pot ansi yel met an ür eti m hı zı ( P MÜ) ; 376 ml CH4/ gr. UAKM. gün, Nevşehir Rakı Fabri kası anaer obik kont ak reakt öründe, KOİ gi deri m veri mi; %75-80, P MÜ hı zı; 263 ml CH4/ gr. UAKM. gün, Çanakkal e Kanyak Fabri kası yukarı akışlı anaer obi k ça mur yat ağı nda KOİ gi deri m veri mi; %70- 75, PMÜ hı zı; 230 ml CH4/ gr.UAKM. gün ol arak bul un muşt ur. Her üç anaer obi k reakt örde ot ofl oresan özelli ğe sahi p met an ar kesi ol arak kı sa çubuk, bunu t aki ben ort a ve uzun çubuk t ürl eri gözl enmiştir. İstanbul İçki Fabri kası yukarı akışlı anaer obi k ça mur yat ağı KOİ gi deri m veri mi %90- 95, P MÜ hı zı 350 ml CH4/ gr. UAKM. gün ol arak belirlenmiştir. İstanbul İçki Fabri kası yukarı akışlı anaer obi k ça mur yat ağı nda, di ğer reakt örlerden f arklı ol arak baskı n ot ofl oresan met an t ür ü Met hanococcus, bunu t aki ben kı sa, ort a, uzun çubuk ve Met hanosarci na t ürl eri bul un muşt ur.
S MA t ekni ği ni n kull anıl ması il e siste mi n pot ansi yel yükl e me kapasit esi ni n belirlenmesi ve opti mu m i şl et me koşulları nı n t espiti mü mkündür. S MA s onuçl arı il e her bir sist e mi n perfor mansı karşılaştırıl mış, atıksu ko mpozi syonu, reakt ör ti pi ve mi kr obi yal t ürler arası ndaki et kileşi m i ncel enmiştir.
SUMMARY
DETER MI NATI ON OF NUMBERS AND ACTI VI TI ES OF DOMI NANT SPECI ES I N ANAEROBI C REACTORS TREATI NG ALCOHOL
DI STI LLERY EFFLUENTS
In t hi s st udy, t he r el ati onshi ps bet ween wast e wat er charact eri zati on, r eact or t ype and operati ng conditi ons on t he acti ve mi cr obi al speci es i n t he anaer obi c t reat ment pl ant s( ATP) of Tekel fact ori es were i nvesti gat ed.
In t hi s r esearch, t he numbers and co mpositi on of speci es i n bi ol ogi cal anaer obi c sl udge sa mpl es t aken fro m Tekel Nevşehir Raki Fact or y ATP, Tekel Çanakkal e Cognac Fact ory ATP, Tekel Tekirdağ Di stillery Fact ory ATP and Tekel Ist anbul Di stiller y Fact or y ATP wer e det er mi ned by Epi fl uorescence mi cr oscope. The acti viti es of t he det ermi ned anaer obi c species wer e measured by s pecifi c met hanogeni c acti vit y ( SMA) t est. It was f ound t hat t he COD r e moval effi ci ency and t he pot enti al acet ocl asti c met hane pr oducti on ( PMP) r at e i n upfl ow anaerobi c sl udge bl anket of Tekel Tekirdağ Di stillery Fact ory wer e 55- 90 percent and 376 ml CH4/ gr. VSS. day; COD r e moval effici ency and P MP r at e i n Tekel Nevşehir Raki Fact or y wer e 75- 80 percent and 263 ml CH4/ gr.VSS. day; COD r e moval effi ci ency and P MP r at e i n Tekel Çanakkal e Cognac Fact ory were 70- 75 percent and 230 ml CH4/ gr. VSS. day; COD r e moval effi ci ency and PMP r at e i n Tekel Ist anbul Di still er y Fact or y 90- 95 per cent and 350 ml CH4/ gr. VSS. day; r especti vel y. I n t hese r eact ors, short r ods, medi u m and l ong r ods archea wer e det er mi ned as a do mi nant aut ofl uorescent met hane s peci es. I n upfl ow anaer obi c sl udge bl anket of Ist anbul Di stiller y Fact or y, Met hanococcus was f ound as do mi nant aut ofl uorescent met hane speci es foll owed by short, medi u m, l ong rods and Met hanosarci na speci es.
As a r esult, it was possi ble t o fi nd t he pot enti al l oadi ng capacit y of t he s yst e m and t o contr ol t he st abilit y of syst e m by usi ng S MA t echni que. Results of S MA test s wer e co mpar ed t o t he each syst e m perf or mances and wast e wat er co mpositi on, and t he rel ati onshi ps bet ween react or t ype and micr obi al speci es wer e i nvesti gat ed.
1. Gİ Rİ Ş
1. 1 Çalış manı n Anl a m ve Öne mi
Son yıllarda Doğal kaynakl arı n zararlı çevre et kileri nden kor un ması i çi n anaer obi k arıt ma sist e mleri kull anıl makt adır. Anaer obi k arıt ma t eknol ojileri ni n kull anı mı geliş mekt e ol an ül kel er içi n yenil ebilir kaynakl arın kull anı mı; dol ayısı yl a ekol oji k ve ekono mi k pr obl e mleri n çözü mü i çi n öne mli bir yol dur. Anaer obi k arıtım, daha az atı k bi yokütl e üret me, enerji kaynağı ol arak kullanılabilecek bir ni hai ürün ( met an gazı) ver me, konsantre atı ksul ar i çi n daha fazl a arıt ma kapasitesi ne sahi p ol ma gi bi avant ajlara sahi p ol up giderek artan bir kullanı m al anı na sahi ptir.
Anaer obi k si st e ml er de or gani k madde gi deri mi ort a mdaki met an ar kel eri ni n mi kt arı na ve akti viteleri ne bağlı dır. İl k aşa ma ol an asit fazı nda or gani k bil eşi kl er asit bakt erileri t arafı ndan organi k asitlere dönüşt ürül ür, daha sonra i ki nci aşa ma ol an met an fazı nda met an ar kel eri t arafı ndan bu bil eşi kl er CH4 ve CO2’e dönüşt ürül mekt edir. Bununl a birli kt e ort a mda bir mi kt ar bi yokütl e de ol uş makt adır. Anaer obi k arıt ma sist eml eri ni n gi der me verimi ni kontrol eden faktörl er met an ar kel eri ni n mi kt arı ve akti vitel eri dir. Di ğer bir deyi şl e yet erli mi kt arda aktif met an üret en mikr oor gani z mal arı n varlı ğı dır (İnce vd., 1995).
Anaer obi k arıt ma sist eml eri ni n t asarı mında uçucu askı da katı madde ( UAKM) para metresi kull anıl maktadır, ancak bu para metre ne t ürl eri ni n mi kt ar ve akti vitesi, ne aktif bi yokütl e ne de parti kül er madde mi kt arı nı göst er mekt edir. Anaer obi k siste mleri n i şl et meye alın ma ve i şl et me döne ml eri nde perfor mansl arı hali hazırda KOİ, BOİ, gaz veri mi ve ko mpozi syonu, uçucu yağ asitleri, al kali nite, pH gi bi kl asi k para metrel erle öl çül mektedir. Bu para metrel er sadece sist e mi n o anki veri mi hakkı nda bil gi ver mektedir. Anaer obi k arıt ma siste mleri ni n i şl et meye al ma döne ml eri nde yükl e mel er belli bir t e mel e dayandırıl madan, bir di ğer deyi şl e met an ar kel eri ni n kal dıracağı yük hesapl anmadan uygul andı ğı ndan dol ayı siste mleri n işlet meye alı nması uzun döne ml erde gerçekl eşme kt edir. Aynı za manda i şl et meye alı ndı kt an sonra gerek st abilitesi ni n kor un ması gerekse gel ecekt eki i şl et me
koşullardan doğabil ecek ol umsuz geliş mel ere karşılı k sist e mi n t epki si ni bu para metrel erle belirle mek mü mkün değil dir (İnce vd., 1996).
Bu s or unl ara çözü m getir mek a macı yl a spesifi k met an akti vit e ( SMA) t esti kull anılır. Si st e mden alınan ça mur ör neği nde potansi yel met an üreti m hı zı, spesifi k met an akti vite t esti kullanılarak belirlenir. Bu arada siste mden el de edilen gerçek met an üreti m hı zı hesap edilir. Gerçek met an üreti m hı zı nı n pot ansi yel metan üreti m hı zı ndan belli oranda düşük t ut ul ması sureti yl e işlet meye al ma döne mi nde uygun yükl e mel er belirlenir. Böyl ece gel ecekt eki uygun ol mayan yükl e me koşull arı ndan doğabil ecek i şl et me koşulları ndan sist e m perfor mansı nı n ol umsuz etkil en mesi önl enmiş ol ur (İnce vd., 1996).
S MA t esti ni n kull anıl ması yl a sonuç ol arak, anaer obi k sist e mleri n i şl etme ye al ma süresi kı sal makt a, sistemi n st abilitesi ni n kontrol ü ve perfor mansı nı n süreklili ği ni n kor un ması sağl anmakt a ve anaer obi k reakt örler de t ut ul ması gereken bi yokütl e mi kt arı belirlenmekt edir (İnce vd., 1994).
Anaer obi k reakt ör i çi ndeki mi kr oor gani z ma popul asyonu ve t ürleri anaer obi k arıt ma tesisi ni n perfor mansı açısı ndan ol dukça öne mli dir. Son ür ün ol an met an üreti mi nde rol al an met an t ürl erini n mi kt ar ve çeşitliliği deği şen çevre şartları na asit bakt erileri ne göre daha hassastır ve arıt ma perfor mansı açısı ndan biri nci derecede öne m t aşır. Anaer obi k reakt örlerdeki atı ksu ko mpozisyonu, reakt ör ti pi, aşı ça mur u gi bi deği şi mler mi kr oorgani z ma t opl ul uğunun sayı ve akti vitesi ni et kiler. Aynı atı ksuyu arıtan fakat daha fazl a mi kt arda aset okl asti k met an t opl ul uğu i çeren bir anaer obi k ça mur un kullanıl ması veya i şl et me koşulları nı n opti mize edil mesi yl e sağl anabil ecek daha aktif bir anaer obi k bi yol ojik ça mur he m daha küçük r eakt ör haci ml eri ni n kull anıl ması na he m de i şl et me masrafl arı nı n öne mli öl çüde azaltıl ması na ol anak sağlayabilir (İnce vd., 2002).
1. 2. Çalış manı n Amaç ve Kapsa mı
Bu çalış mada Tekel Nevşehir Rakı Fabri kası, Tekel Tekirdağ İçki Fabrikası, Tekel Çanakkal e Kanyak Fabrikası ve Tekel İst anbul İçki Fabri kası atı ksul arı nı n arıtı mında kull anılan anaer obi k arıtma t esisleri ni n son yıllardaki arıt ma verileri ni n i ncel en mesi ve spesifi k met an aktivit e t est düzeneği nden yararlanılarak opti mum i şl et me koşulları nı belirlenmesi hedefl enmiştir. Reakt örler de et ki n ol an t ür sayıları nı n ve akti viteleri ni n aşı ça mur u, reakt ör ti pi ve atı ksu deği şi mleri nden ne şekil de et kilendi ği ni belirle mek a maçl anmıştır.
Bi ri nci böl ü mde, çalışma nı n anl a m ve öne mi belirtilerek ve a maç ve kapsa mı hakkı nda bil gi veril miştir.
Çalış manı n i ki nci böl ümünde, anaer obi k arıt manın t e mel esasl arı üzeri nde dur ul arak, anaer obi k arıtı mın avantajları, mi kr obi yol ojisi ve bi yoki myası, çevre fakt örl eri ni n arıt ma üzeri ndeki et kileri üzeri nde dur ul muşt ur.
Üçüncü böl ü mde, anaerobi k arıt ma si st e ml eri t anıtıl arak avant aj ve dezavant ajl arı belirtil miştir.
Dör düncü böl ümde, Tekel Nevşehir Rakı Fabri kası, Tekel Tekirdağ İçki Fabri kası, Tekel Çanakkal e Kanyak Fabri kası ve Tekel İst anbul İçki Fabri kası anaer obi k arıt ma tesisleri hakkı nda genel bil gi veril miştir.
Beşi nci böl ümde, spesifik met an akti vite t est düzeneği t anıtıl mış ve hesapl an ması hakkı nda bil gi veril miştir. Ayrı ca mi kr obi yol oji k çalış ma yönt e mi hakkı nda gerekli açı kl a mal ar yapıl mıştır.
Al tı ncı böl ümde, Tekel fabri kal arı ndan alı nan i şl et me verileri doğrult usunda anaer obi k reakt örleri n gideri m perfor mansl arı ve işl et me koşulları i ncel enmi ştir. Yedi nci böl ümde, yapılmı ş ol an deneysel çalış mal ar, S MA t esti sonuçl arı ve mi kr obi yol oji k çalış ma sonuçl arı ol arak veril miştir.
2. ANAEROBİ K ARI TI MI N TEMEL ESASLARI 2. 1. Anaerobi k Arıtı mın Avant aj ve Dezavant ajl arı
Anaer obi k mi kr oor ganiz mal ar hakkı nda mi krobi yol oji ve bi yoki netik bil gileri arttı kça, atı ksul arı n anaerobi k arıtı mına verilen öne m art makt adır. Bununla birli kt e, aer obi k si st e ml erl e karşılaştırıl dı ğı nda anaer obi k si st e ml eri n başlı ca avant ajl arı ş u şekil dedir (Speece vd., 1995).
1. Aer obi k ol arak 1 kg KOİ eş değeri or gani k maddeni n arıtıl ması i çi n ger ekli 1, 5- 6 k w- saat oksij en gi deri, anaer obi k si st e ml er de t a ma mi yl e ort adan kal k makt adır. 1 kg KOİ eşdeğeri or gani k ma ddeni n anaer obi k arıtımı sonucu yakl aşı k 2, 7 kw- saat eşdeğeri met an gazı ort aya çı kmakt adır. Bu gaz r eakt örü ı sıt mak i çi n kull anılabil di ği gi bi di ğer böl ümlere de enerji sağlar.
2. Az ot, f osf or gi bi t e mel besi maddel eri i hti yacı anaer obi k si st e ml er de %9 0 daha azdır.
3. Anaer obi k si st e ml er de ol uşan bi yol oji k ça mur mi kt arı, aer obi k si st e ml er gör e çok azdır. Genelli kl e aer obi k arıt maya giren 100 gr organi k kar bondan yakl aşık 50 gr bi yol oji k ça mur ol uşt uğu hal de havası z arıt mada buna karşı gel en bi yol oji k ça mur mi kt arı 1- 5 gr ci varı ndadır. Dol ayısı yla anaer obi k arıtı mda gi derilen or gani k kar bonun % 90-98’i met ana dönüşt ür ül ür.
4. Anaer obi k si st e ml er de haci msel or gani k yükl e me, aer obi k si st e ml ere gör e 5- 10 kat daha f azl adır. Bu durum anaer obi k r eakt ör haci mleri ni n aer obi k r eakt örlere göre çok daha küçük ol ması na ol anak verirken, il k yatırı m mali yetleri nde öne mli bir azal ma sağl a makt adır.
5. Aer obi k si st e ml er de, özelli kl e çözücü maddeler i çeren atı ksul ar da gör ül en haval andır ma kaynaklı yüksek t ür bül ans ve/veya kabarcı kl arı n yol açtı ğı köpükl en me sor unu, anaer obi k siste mlerde büyük öl çüde azal makt adır.
6. Anaer obi k si st e ml er, şarap ve şeker ür eti mi gi bi yı l da sadece 2- 4 ay atı ksu ür et en işlet mel er i çi n çok uygundur. Anaer obi k mi kroor gani z mal ar besl enmedi kl eri dur u mda bile canlılı kl arını ayl arca kor uyabil mektedirler.
7. Reakt ör kapalı ol duğundan rahat sı z edi ci kokuya yol aç maz.
8. Ar a ve son ür ünl eri kol aylı kl a belirlenebil di ği içi n, kontr ol ü mü mkün ol maktadır. Bi yoenerji pr osesl eri yl e aer obi k eşdeğeri ol an aktif ça mur un karşılaştırıl dı ğı t abl o 2. 1’de, yükl e me or anl arı, enerji t üketi mi ve reakt ör boyutl arı ndaki avant ajl ar göst eril miştir ( Ri ppon, 1983). Anaer obi k arıt manı n KOI’ ni n 4000 mg/l’yi geç mesi hali nde daha ekono mi k ol duğunu, KOI 20000 mg/l ol duğunda i se, aerobi k si st e m mali yeti ni n dörtte biri olduğunu belirtil miştir.
Tabl o 2. 1 Bi yoenerji ve Aktif Ça mur Pr osesl eri ni n Ti pi k Tasarı m Para metrel eri ve Perfor mansl arı nı n Karşılaştırıl ması ( Ri ppon, 1983)
Tasarı m Para metrel eri Aktif Ça mur Bi yoenerji
- Bi yol oji k yükl e me or anl arı, kg BOI / kg AKM- gün
- Reakt ör deki ça mur. ( AKM) mg / l - Reakt ör boyut u, m3/t on BOI - gün - Karı ştır ma veya haval andırı cı gücü,
k W saat / 1000 m3
- Separat ör taş ma hı zı, m/saat
- Ça mur geri devir po mpala ma or anı, besl e me yüzdesi - Reakt ör sı caklı ğı, C 0, 2 3300 1515 34 1, 0 ( AKM 3000) 100 17 0, 2 10000 500 5 0, 5 ( AKM 10000) 100 34
Ti pi k Perf or mans Değerl eri Aktif Ça mur Bi yoenerji
- BOI gi der me oranı, % - Ça mur üreti mi, kg / kg BOI
- Gazı n f uel-oil eşdeğeri, kg / t on BOI
- Arıtılabil ecek en yüksek BOI değeri, mg / l
- Arıtılabil ecek, ekono mi k e n düş ük BOI değeri, mg / l 90- 99 0, 2 0 5500 100 90- 99 0, 02 450 60000 1000
Bu t abl odan da gör ül ebileceği gi bi, her i ki pr oses de aynı oranda BOI gi deri mi sağl arken, bi yoenerji reakt örleri ni n boyut u aktif ça mur r eakt örünün yarısı ndan azdır.
Aynı za manda, aktif ça mur r eakt örünün güç gereksi ni mi yedi kat daha f azladır. Aktif ça mur prosesi ni n ça mur üreti mi, bi yoenerji prosesi ni n on katı dır.
Anaer obi k arıtı mın avantajları yanı nda şu dezavant ajları da bul un makt adır ( Speece vd., 1995):
1. Endüstri yel atı ksul arı n arıtı mında bu pr osesi n kull anı mı et kil eyen en öne mli sorun, opti mu m i şl et me i çi n gerekli ol an ni sbet en yüksek sı caklı k değeri dir. Met an üreti mini n yet ersiz ol duğu seyrelti k sul arda r eakt örün ı sıtıl ması öneml i bir pr obl e m ol uşt ur makt adır. Bu dur u mda daha düşük sı caklı kl arda çalışabil en mezofili k anaer obi k sisteml er kullanılır.
2. Anaer obi k si st e ml er de met an ar kel eri ni n büyüme hı zı yavaş ol up si st e mi n işlet meye alı nması zama n al makt adır. Büyüme hı zı nı n yavaş ol ması, atı k yükünün değişkenli ği ne, sı caklı ğa ve çevresel faktörl ere bağlı dır.
3. İşl et meni n denge hali ne gel ebil mesi i çi n uzun çamur yaşı gerekli dir, bu nedenl e de zayıf atı kl arda anaerobi k arıtı m kı sıtlayı cı ol ur. Böyl e bi r dur u mda daha büyük reakt örler gerekti ği içi n mali yet artar.
4. Anaer obi k arıtı mda orta mdaki yüksek konsantrasyondaki a monyak azot unun gi deri mini n mü mkün ol mayı şı dol ayısı yl a il ave aer obi k si st e mlere i hti yaç duyul makt adır.
2. 2. Anaerobi k Arıtı mın Genel Tanı mı
Anaer obi k arıt ma, bi yol oji k ol arak ayrışabil en maddel eri n oksijensi z ort a mda bi yol oji k i şl e mler aracılı ğı il e CH4 ve CO2 gi bi son ür ünl ere dönüştür ül mesi ni sağl ayan mikr obi yal bir pr osestir.
Or gani k madde → CO2 , CH4, H2O, bi yokütl e
Basit bir yakl aşı m ol arak, anaer obi k arıtı mın adı ml arı şu şekil dedir: İl k adı mda; katı ko mpl eks or gani kl er, polisakkaritler, pr ot ei nler, li gni n ve li pi dl er e nzi ml er vasıtası yl a suda çözünerek çözünebilir ür ünl ere dönüşür. Bu i şl e mler hi dr oli z aşa ması nda gerçekl eş mekt edir. İ ki nci adı mda; hi dr olize ol an basit or ganik maddel er asit oj en bakt erileri t arafından pr opi yoni k, bütri k ve val eri k asit gi bi uçucu asitlere fer mant e ol ur. Daha sonra aset oj en kade mede, uçucu yağ asitleri aseti k asit, H2 ve CO2’e dönüşür. Son adı mda; bir gr up met an ar kel eri ni n yar dı mı il e aset attan, di ğer gr up met an ar kel eri nin yar dı mı il e de CO2 ve H2’ den, CH4 ür eti mi
gerçekl eş mekt edir. Bunun yanı sıra CO2 ve çok düşük sevi yede H2S ol uş makt adır. Bu aşa mal ar Şekil 2. 1 de göst eril mekt edir (Stronach vd., 1986).
Çeşitli araştır macılar t arafı ndan bazı t anı mlar yapıl arak anaer obi k dönüşü m model yakl aşı mları ol uşt urul muşt ur:
4 fazlı model
6 fazlı model ( Guj er ve Zehnder, 1983)
9 fazlı model ( Har per ve Pohl and, 1986)
Bu modell er arası nda Har per ve Pohl and’ı n geliştirdi ği 9 f azlı model en f azl a geçerlili ğe sahi ptir. Şekil 2. 2’ de göst erilen 9 fazlı modeli n adı mları şu şekil dedir: 1) Or gani k poli merl eri n f akült atif ve zor unl u anaer obi k mi kr oor gani zmal arı n
üretti ği hücre dışı enzi mler tarafı ndan hi drolizi
2) Or gani k mono merl eri n hi dr oj en, bi kar bonat, prüvat, al koll er ve düş ük yağ asitleri ne hi dr oli zi
3) İndirgenen or gani k ür ünleri n zor unl u hi dr oj en üret en asit bakt erileri t arafı ndan hi dr oj en, bi kar bonat, asetat a oksi dasyonu
4) Ho moaset at f er mant asyonu yapan bakt eriler t arafı ndan bi kar bonatt an aset at üreti mi
5) Sülfat ve nitrat i ndir geyen bakt eriler t arafı ndan i ndir gen miş or gani k maddel eri n (al koller, propi yoni k asitler, bütri k asitler) bi karbonat ve aset at a yükselt genmesi 6) Sülfat ve nitrat i ndirgeyen bakt eriler t arafı ndan aset atı n bi karbonat a
yükselt gen mesi
7) Sülfat ve nitrat i ndirgeyen bakt eriler tarafı ndan hidr oj eni n oksi dasyonu 8) As et atı n met an ve kar bondi oksit e dönüşü mü
Pr ot ei nl er Kar bonhi dratl ar Li pi dl er H i d r ol iz M M r Ami noasitler Şekerl er Yüksek Yağ Asitl eri, Al koll er F e r m a nt as y o n - O k si d as y o n u Ar a ürünl er (Propi yoni k, Bütri k Asit...)
M et an F az ı As et at Hi dr oj en Met an
Şekil 2. 1 Anaer obi k Dönüşü m Aşa mal arı (Stronach vd., 1986) KOMPLEKS MADDELER
2. 3 Anaerobi k Arıtı mın Mikrobi yol ojisi ve Bi yoki myası
Anaer obi k arıt ma si st eml eri nde pek çok mi kr oor gani z ma görev al ma kt adır. Bunl ardan en öne mlileri ise asit bakt erileri ve met an ar kel eri dir. Bu i ki gr up da kendi arası nda alt grupl ara ayrıl makt adır.
Asit bakt erileri: Uçucu yağ asiti üret enl er (asit oj enl er) Aset at bakt erileri: Aseti k asit ve hi droj en üret enl er Met an ar kel eri: Aseti k asiti kull anarak met an üret enl er
CO2 ve H2 kull anarak met an üret enl er (ho moaset oj enl er)
Anaer obi k bi yodönüşü m aşa mal arı ve her bir aşa mayı yür üt en mi kr oor gani z ma gr upl arı şekil 2. 3 de gösteril miştir ( Zei kus, 1980).
1 1 1 1 2 2 3 4 5
Şekil. 2. 3 Anaer obi k Bi yodönüşü m Aşa mal arı ndaki Mikr oor gani z ma Gr upları ( Zei kus, 1980)
ÇÖZÜNMÜŞ BASİ T YAPI LI ORGANİ KLER Ami noasitl er
Şekerl er Yağ Asitleri
ORGANİ K ASİ TLER Pr opi yonat, Bütrat, Val erat,İsoval erat
H2 ve CO2 As et at
CH4 ve CO2
KOMPLEKS ORGANİ KLER Kar bonhi dratl ar
Pr ot ei nl er Li pi dl er
Mi kr oor gani z ma grupl arı: 1. Fer mant atif Bakt eri 2. H2 üret en aset oj enl er 3. H2 kull anan aset oj enl er 4. H2 kull anan met anoj enler
5. Aseti k asit kull anan (aset okl asti k) bakt eriler
Anaer obi k aşa mada r ol alan bakt eri gr upl arı ndan sülfat i ndirgeyen bakt eri gr ubu da bul un makt a ol up şekil 2. 4’ de göst eril miştir. Bu mi kr oor gani z ma gr ubu met an ar kel eri t arafı ndan kullanıl an aset at ve H2’i t üket en bir mi kr oor gani z ma t opl ul uğudur. Anaer obi k r eakt örlerde bul unan üç t ür şöyl edir: Desuf otomacul um,
Des ulf obul bus, Desulf ovibri o
2. 3. 1 Hi droli z
Mi kr oor gani z mal ar genelli kl e parti kül er or gani k ma ddeyi doğr udan kull ana mazl ar. Hi dr oliz, hücre dı şı enzi mlerle yani mi kr oorgani z mal ar t arafı ndan sal gıl anan a mil azl ar il e pr ot ei nl er, yağl ar, kar bonhi dratlar gi bi parti kül er maddel eri n a mi noasit, uzun zi ncirli yağ asiti ve şekere dönüşt ürül düğü yavaş bir adı mdır ( Mc Cart y, 1964). Reaksi yon hı zı nı et kileyen en öne mli fakt örler pH, sı caklı k, ça mur yaşı dır. Hi dr oli z bakt erisi ve enzi mleri n akti vitel eri sayesi nde sonraki parçal anma adı mları nı n başarılı bir şekil de deva mı ve basit substratları n ol uşu mu sağl anmakt adır. Bu nedenl e atı ksu içerisi nde parti kül er or gani k madde ve çözün meyen poli meri k mol ekül eri n varlı ğı hı z kısıtlayı cı et kilerdir (Stronach vd., 1986).
Yağl ar çok yavaş hi dr olize ol duğundan öne mli nispette yağ ve di ğer hi droli ze ol an ma ddel er i çeren atı kl arın arıtı mında hi dr oli z, hı z kı sıtlayı cı bir f akt ör ol abil mekt edir. Özelli kl e bazı sel ül ozl u atı kl arı n havası z arıtı mında da hi dr oliz sı nırlayı cı r ol oynar. Li gni n de ol dukça kar maşı k bir maddedir ve r ast gel e mol ekül er yapı sı dol ayı sı yl a anaer obi k şartlar da hi ç hidr oli ze ol maz veya reaksi yon hı zı düşük ol ur.
Hi dr oliz aşa ması nda rol al an bakt eri grupl arı şunlar dır (Stronach vd., 1986):
Pr ot ei nl eri a mi noasit ve şekerl ere dönüşt üren bakt eriler: Cl ostrı di um, Prot eus
vul garis, Pept ococcus, Bact eri odes, Basill us, Vi bri o
Kar bonhi dratları a mi noasit ve şekere dönüşt üren bakt eriler: Cl ostri di um,
Li pi dl eri yüksek mol eküll ü yağ asitleri, al koller, a mi noasit ve şekere dönüşt üren bakt eriler: Cl ostri di um, St aphyl ococcus, Micrococcus
Şekil 2. 4 Anaer obi k Arıtı mdaki Substrat Kullanı mı ve Mi kr oor gani zma Ti pl eri ( Hansen ve Heijt huijsen, 1990)
2. 3. 2 Asit Fazı
Ko mpl eks or gani k maddel er, suda çözünebilir daha basit or gani k maddel ere hi dr oli z ol dukt an s onr a, asit oj en bakt erileri t arafı ndan or gani k asitlere f er ment e ol makt adır. Asit üret en bakt eriler p H ve sı caklı k gi bi çevre et kil eri ne karşı met an ar keleri ne göre daha az hassastır. Bu nedenl e asit fazı hı zlı bir şekil de gerçekl eşir.
Çözünebilir Kar bonhi dratları n Fer mant asyonu: Met an ar kel eri ni n ol ma dı ğı ort a mda anaer obi k mi kr oor gani z mal ar vasıtası yl a kar bonhi dratl arı n fer mant asyonunun başlıca ür ünl eri et anol, H2, CO2’ dir. Bununl a birlikt e H2 kull anan bakt erileri n bul un ması dur u munda etanol de i ndirge me ve aset at üreti minde bir artış gözl enir.
Ami noasitleri n Fer mant asyonu: Ami noasit f er mantasyonu r edoks r eaksi yonl arı nı da i çeren ol dukça kar maşı k bir pr osestir. İ ndirge me r eaksi yonunda, havası z mi kr oor gani z mal ar t arafından kull anılan başlıca el ektron alı cı sı a mi no asitleri n fer mant asyonu sonucunda kısa zi ncirli yağ asitleri ve H2 ol uşur.
Uzun Zi ncirli Yağ Asitleri ni n Anaer obi k Oksi dasyonu: Yağl ar suda çözünme yen ancak or gani k çözücül erde çözünebil en het erojeni k or gani k bil eşi kl eridir. Yağ asitleri ni n genel f ormüll eri CH3( CH2)nCOOH ol up β- oksi dasyonu il e parçal anırlar. Asi di n -- COOH kökünden ar dışı k ol arak koparılan asetil grupl arı, aseti k asit ve anaer obi k oksi dasyon yol uyl a doy muş 14 ve 18 kar bonl u yağ asitleri, önce aset at a daha sonra CO2 ve CH4’e dönüşt ürül ür. Uzun zi ncirli yağ asitleri ni n f er mant asyonu s onucu ol uşan kı sa zi ncirli yağ asitleri ya sadece aseti k asit ya da aseti k asit ve propi yoni k asittir.
Asit oj en f azı nda gerçekleşen dönüşü ml er t abl o 2. 2’ de veril miştir ( Mosey vd., 1983). Asit üreti mi deva m etti ği nde hi dr oj en birçok asit ol uşt urucu bakt eri yi i nhi be et mekt edir. Bundan dol ayı H2 gazı si st e mden gi deril meli dir. Ancak H2 gazı met an ar kel eri t arafı ndan enerji kaynağı ol arak kull anıl dı ğı ndan hı zlı bir ş ekil de CO2’i n met an i ndirgen mesi nde t üketil mekt edir ( Özt ürk, 1983).
Kı sa Zi ncirli Yağ Asi tleri ni n Oksi dasyonu: Oksi dasyon sonucunda ol uşan başlıca ür ünl er aset at ve H2’ dir. Esas kar bon ür ünü aset at ol duğundan bu reaksi yonl ar aset oj en f azı ol arak adl andırılır. Tabl o 2. 3’te bu kademe deki dönüşü ml er göst eril miştir ( Boone, 1989).
Tabl o 2. 2. Kar bonhi dratlardan ve Ami noasitlerden Uçucu Asitlerin Ür eti mi ( Mosey vd., 1983)
Gİ RENLER ÜRÜNLER
C6H1 2O6 + 4H2O 2C3COO-+ 2 HCO3- + 4H2
C6H1 2O6 + H2O 2C3COO- + CH3CH2COO-+HCO3-+3H++H2 C6H1 2O6 + 2H2O CH3CH2CH2COO-+2 HCO3-+3 H2+2H+ C6H12O6 + 2H2O 2CH3CH2OH+2 HCO3-+2 H+
CH2( NH2) COOH+4 H2O CH3COO-+2 HCO3-+H++2 NH4++2 H2 COOHCH( NH2)( CH2)2COOH+3 H2O 3CH3COO-+HCO3-+H++NH4++2 H2 CH2( NH2) COOH+ H2 CH3COO-+ NH4+
CH3CH( NH2) COOH+3 H2O CH3COO-+NH4++HCO3-+H++2 H2
( CH3)2CHCH2CH( NH2)COOH+3 H2O ( CH3)2CHCH2COO-+NH4++HCO3 -+H++2 H2
Tabl o 2. 3 Uçucu Asitlerden Aset at Üreti mi ( Boone, 1989)
Gİ RENLER ÜRÜNLER
CH3CH2COO+ H2O+H+ CH3COO+HCO3-+2 H++3 H2 CH3CH2COO+2 H2O 2CH3COO+2 H++2 H2 CH3CH2OH+2 H2O+H+ CH3COO-+2H++2 H2
Kı sa zi ncirli yağ asitleri ni n ayrış ması nı n başarılı ol ması i çi n sist e mde ür etilen hi droj en gazı nı n et kili bir şekil de gi deri mi gerekli dir. Si st e mde H2 konsantrasyonu arttı ğı nda;
1. Topl a m asit üreti m hı zı nı n düş mesi ne neden ol ur. Si st e min kararlı hal e gel mesi i çi n ilave za mana gerek duyul makt adır.
2. Bütri k asit ve pr opi yoni k asit konsantrasyonları nı n art ması na sebep ol makt adır. Bunun sonucunda asetik asit üreti mini ve asetat kull anan met an ar keleri ni n CH4 üret mel eri ni engeller.
3. H2 konsantrasyonun daha art ması pr opi yoni k asit ür eti mini hı zl andırır ve si st e mde pH daha da düşer.
Pr opi yoni k asiti n kı s mi bası ncı 10- 4
barı n altı na düşt üğünde pr opi yoni k asit aset at a dönüş mekt edir ( Mc Carty, 1982).
CH3CH2COOH + H2O ↔ CH3COOH + 3H2 + CO2 (2. 1) Pr opi yoni k asiti parçal ayan bakt eriler sadece H2 kull anan bakt erilerl e yaşama kt adır. Bu bakt eriler hi droj eni şu şekil de kullanırlar:
4 H2 + CO2 → CH4 + 2H2O (2. 2) Met an ol uşu mu, hi dr oj eni n kı s mi bası ncı 10- 6
bar’ dan yüksek ol duğu dur u mda gerçekl eş mekt edir. Yani pr opi yoni k asit bozul ması 10- 6
bar’ dan büyük 10- 4 bar’ dan küçük ol duğunda gerçekl eş mekt edir. Hi dr oj enin kı s mi bası ncı il e serbest enerji sevi yesi arası ndaki ilişki şekil 2. 5’de göst eril miştir ( Mc Cart y, 1982).
Şekil 2. 5 H2 Kıs mi Bası ncı nı n Met an Ür eti mi Süreci ndeki Öne mi ( Mc Cart y, 1982) Asit fazı nda rol al an bakteriler şunl ar dır ( Stronach vd, 1986):
Ami noasit ve şekerl eri yüksek mol eküll ü yağ asitleri ve al koll ere dönüşt üren bakt eriler: Zy mo monas mobilis
Ami noasitleri doğr udan aset at a dönüşt üren bakteriler: Lact obacill us, Escheri chi a,
St aphyl ococcus, Micrococcus, Bacill us, Pseudo monas, Desulf ovi bri o, Veillonell a Sel eno monas , Strept ococcus, Desulf obact er, Desulf uromonas
Yüksek mol eküll ü yağ asitleri ni al kolleri ara ür ünl ere dönüşt üren bakt eriler:
Cl ostri di um, Synt ropho monas wolf eri
Ar a ür ünl eri aset at ve hi droj ene dönüşt üren bakt eriler: Synt rophomonas wolf eri,
Synt ropnobact er woli nii
Aset atı hi droj ene dönüştüren bakt eri: Cl ostri di um aceti cum
2. 3. 3 Met an Üreti mi
Anaer obi k ayrış manı n son kade mesi ol up ol uşan aseti k asit, CO2 ve H2 gi bi ür ünl eri n met an ar kel eri t arafı ndan CH4 ve CO2’e dönüşt ürül düğü aşa madır. Met an i ki farklı dönüşü m kade mesi yl e üretil mekt edir. Met anı n ol uş ması aset atı n parçal anması veya CO2’i n i ndirgen mesi yl e me ydana gel mekt edir (Sta ms vd., 1989).
CH3COOH CH4 +CO2 ( 2. 3)
CO2 +4 H2 CH4 +2 H2O ( 2. 4)
Anaer obi k arıt mada üretilen met anı n yakl aşı k ol arak %28’i H2 ve CO2’i n, %72’si i se aseti k asiti n parçal anması ndan meydana gel mekt edir.
Met an ar kel eri ni n büyüme hı zl arı düşük ol up akti vitel eri, pH, sı caklı k deği şi mi ve substrat bil eşi mine karşı ol dukça hassastır ( 0, 01mg/l çözün müş oksijen ta ma mi yl e büyü mel eri ni i nhi be eder) ( Zei kus, 1977). Bu gr ubun yavaş büyü mesi değişen çevre koşulları na karşı hassaslıkl arı il e birleşti ği nde pr oses bozul mayl a sonuçl anabilir. Bu sebepl e anaer obi k pr osesi n sürekli kontrol ü öneml i dir. Eğer met an üretimi dur ursa veya azalırsa, or gani k asitler biri kir ve p H düş meye başl ar, CO2/ CH4 or anı art ar. Bu dengesi zli k, kararlı hali n dur ması na kadar deva m edebilir.
Met an fazı nda et kili ol an arkel er şunl ardır (Stronach vd, 1986):
Aset atı met ana dönüşt üren ar kel er: Met hanosarci na, Met hanospirill um,
Met hanot hris
Hi dr oj eni met ana dönüştüren arkel er: Met hanobact eri um, Met hanobrevi bact eri um
Met hanopl anus
Anaer obi k arıtı m aşa mal arı nda et ki n ol an t ürl eri n genel ol arak göst eri mi şekil 2. 6’ da belirtil di ği gi bi dir (Stronach vd., 1986).
Şekil 2. 6 Anaer obi k Arıtı m Aşa ması nda Et ki n Olan Türl er (Stronach vd., 1986) Met an dönüşt üren ar kel eri ni n ort a mdaki substrat kull anı mı t abl o 2. 4’te göst eril di ği gi bi dir ( Pohl and ve Malina, 1992).
Tabl o 2. 4 Met an Ar kel erini n Substrat Kull anı mı (Pohl and ve Mali na, 1992)
Çubuk Bi çi mli Hücrel er
Met hanobact eri um:
Met hanobact eri um f or mi ci um For mik asit, CO2, H2
Met hanobact eri um propi oni cum Pr opi yoni k asit
Met hanobact eri um sohngenii Asetik asit, Bütiri k asit Met hanot her mus H2, CO2, ayrıca S0 i ndir gen mesi
Met anobrevi bakt er H2, CO2, For mi k asit
Met hanobacill us:
Met hanobacill us omeli anskii Biri ncil ve i ki ncil al koll er, H2
Met hanosarci na:
Met hanot hri x Aset at
Küresel Hücrel er
Met hanococus:
Met hanococus mazei Aseti k asit, bütiri k asit Met hanococus vanni elli For mi k asit, H2
Met hanosarci na:
Met hanosarci na barkerii Met hanol, aseti k asit, car bon monoksit, H2
Met hanosarci na met hani ca Aseti k asit, bütiri k asit Met ano mi crobi al es:
Met anopl anus H2, CO2, for mi k asit
Coccus Bi çi mli Hücrel er
Met anococcal es:
Met anococcus H2, CO2, for mi k asit, pr uvat
Met ano mi krobi al es:
Met anogeni um H2, CO2, for mi k asit
Met anocull eus H2, CO2, for mi k asit, al koll er
Met anosarci nal es:
Met anosarci na H2, CO2, met anol, metila mi n, aset at
2. 4 İşlet meye Al ma ve Proses Kontrol ü
Anaer obi k arıtı mın yaygı n kull anı mı et kileyen en öne mli fakt ör, anaer obi k mi kr oor gani z mal arı n çoğal ma hı zl arı nı n düşük ol ması sebebi yl e bu sist e mleri n aerobi k si st e mlere göre i şl et meye al ma süreleri ni n ni spet en uzun ve pr oses kontrol ünün daha hassas ol uşudur. Anaer obi k arıtı mda pr oses kontrol ünün a macı; met an dönüşü münün maksi mizasyonu ve pr oses sonucu ol uşan ça mur mi kt arı nı n azal ması ol arak verilebilir. Bu a maçl arı n gerçekl eş mesi i çi n opti mu m çevre şartları nı n sağl an ması ve uygun mi kr oor gani z ma t ürl eri ni n üretil mesi gerekli dir. Uygun nit eli kt e mi kr oor gani z ma t opl ul uğu i şl et me aşa ması nda yerleştirilirse alıştır ma süresi çok kı salır. İst enilen özelli kt e bi r aşı ça mur u yok i se evsel atı ksu arıt ma t esisi çür üt ücüsünden veya İ mhoff t ankından alı nan ça murl a hat ta hayvan gübresi yl e aşıla ma yapılarak alıştır ma süresi 1-2 ay sürebilir. Met an ar kel eri ni n çoğal ma hı zı nı n düşük ol ması sebebi yl e, sist emde arzu edil en or ganik yükl er de kararlı i şl et me dur u muna ul aş ması 4- 8 ay al abilir. Ter mofili k şartlarda bu süre daha da uzayabilir. Tabl o 2. 5’te anaer obi k arıtı mda i zl enmesi gerekli para metrel er belirtil miştir.
Tabl o 2. 5 Anaer obi k Arıtı mın İzl enmesi ve Kontrol ü İçi n Önerilen Para metrel er
Para met re İzl e me Sı klı ğı
Gi riş suyu (debi, konsantrasyon, t oksisite) SRT PH Qg ve % CH4 Arıt ma Veri mi Al kali nit e Sürekli Sürekli Sürekli Günl ük Günl ük Ger ekti ği nde
Anaer obi k bir reakt örün bozul maya başl a ması, uçucu asit konsantrasyonunun ani artışı il e kendi ni belli eder. Uçucu asit artışı nı n nedeni i se şok yükl er, besi maddesi eksi kli ği ve si st e me i nhi bit ör maddeni n karış ması ol abilir. Uçucu asitler i çerisi nde en uygunu aseti k asit, en probl e mlisi i se pr opi yoni k asittir. Si st e m alıştırılsa dahi 3000 mg/l’ni n üzeri ndeki pr opi yoni k asit konsantrasyonl arı nda met an ar kel eri belli öl çüde i nhi be ol makt adır.
Bi yoenerji pr osesl eri ni n ayrış ma pr osesi ni n kararlılı ğı nı n bozul ması genelli kl e t opl a m uçucu asit konsantrasyonunun art ması ve p H’ nı n 6 ci varı na düş mesi yl e kendi ni göst er mekt edir.
Or gani k yük azaltılarak ve/ veya Na OH, kireç, Na HCO3 gi bi ki myasal maddel er kull anılarak p H i st enilen değerl ere ayarl anabilir. Si st e mi n p H’sı kont rol altı na alı ndı kt an sonra dengesizli ği n sebebi belirlenmeli dir. Uzun süreli ve ci ddi bir kararsı zlı k dur u munda, dengesi zli ği n sebebi ort adan kal dırılarak p H kontrol ü yapılsa bil e uçucu asitleri n, sistemden bekl enen veri mi sağl ayacak mi kt ara ul aş mal arı tı pkı alıştır ma döne mi nde ol duğu gi bi uzunca bir za man gerektirebilir.
Anaer obi k si st e mlerde uçucu asit yüksel mesi ve pH düş mesi il e ort a mdaki H2 kı s mi bası ncı arası nda yakı n bir ilişki bul un makt adır. Reakt ör deki H2 kı s mi bası ncı 10- 4 at mosferi aştı ğı t aktirde pr opi yoni k asiti n aseti k asite dönüş mesi dur makt a ve bunun neticesi nde t opl a m uçucu asit konsantrasyonu yüksel erek met an üreti mi safhası zarar gör mekt edir. Bu hal özelli kl e ça mur yaşı 10 günden az ol duğunda ort aya çı kmakt adır ( Mosey, 1983). Anaer obi k reakt örlerde H2 kı s mi bası ncı i zl enebil di ği t aktir de p H düş meden önce si st e mi n kararlılı ğı nı n bozul maya başl adı ğı an t espit edil erek gerekli önl e m 1 gün önce yapıl abilir. Dol ayısı yl a p H’ nı n düş mesi reakt ördeki düzensi zli ği n başl angı cı değil sonucunu yansıt makt a ve yaklaşı k 1 günl ük geci kmeye neden ol makt adır.
Her hangi bir sebepl e kararlılı ğı nı yitiren bir anaerobi k r eakt ör de, dengesi zli k il k önce si st e mdeki t opl a m uçucu asit konsantrasyonun art ması sonucu p H’ da ani bir düşüş il e kendi ni göst erir. pH’ daki düşüşü bir süre sonra al kali nitedeki ani azal ma izler. Bu esnada gaz üreti mini n yavaşl a ması dolayısı yl a gaz debi si nde azal ma ve gazdaki CH4 yüzdesi nde bir düşüş gözl enir. Bunl arı n s onucu ol arak da r eakt ör çı kışı ndaki KOİ konsantrasyonu yükselir ve dol ayısı yl a sist e mi n veri mi düşer ( Özt ürk, 1999)
Anaer obi k r eakt örün i şl et me aşa ması nda opti mum i şl et me koşulları nda el de edil en çı kış değerl eri ise tabl o 2. 6’da göst eril di ği gi bi dir ( Henze ve Harre moes, 1983).
Tabl o 2. 6 Anaer obi k Arıtı m Perfor mans Değerl eri ( Henze ve Harre moes, 1983)
Arıtı m Para met resi Değerl er
BOİ Gi deri mi ( %) % 80- 90 KOİ Gi deri mi ( mg/l) 1, 5xBOİ gi deri mi Bi ogaz Üreti mi 0, 5 m3/ kg KOİ gi d. Met an Üreti mi 0, 35 m3/ kg KOİ gi d.
Ça mur Üreti mi 0, 05- 0, 1 kg UAKM/ kg KOİ gi d
2. 5 Çevresel fakt örl er
Anaer obi k mi kr oor gani zmal arı n perfor mansı orta mdaki çevresel koşull ara bağlı dır. Anaer obi k bi yodönüşüm gi bi birden f azl a sayı daki mi kr oor gani z ma gr ubunun birbiri ne bağlı ol duğu ve ort ak f aali yeti n gerekti ği si st e mlerde çevre koşulları daha çok öne m kazan makt adır. Bu çevresel koşullar i se şunl ardır: pH ve al kali nit e, sı caklı k, besi maddesi i hti yacı, karıştır ma, i nhi bisyon ve t oksisite.
2. 5. 1 pH ve Al kali nite
pH anaer obi k arıt ma sist e mi ndeki mi kr oor ganiz mal arı n akti vitel eri il e yakı ndan ilişkili dir. Pr osest e pek çok mi kr oor gani z ma t ürü r ol al dı ğı ndan opt i mu m p H aralı ğı nı belirle mek gerekli dir.
Met an ar kel eri pH deği şi mleri ne asit oj eni k t ürl ere göre daha hassastırlar. Opti mu m pH met an t ürl eri i çi n 6, 8-8 arası ndadır. Asit bakt erileri i çi n en uygun p H aralı ğı 5, 5-6, 5 arası ndadır. Bu duru mda t ek kade meli sist eml er de, i ki gr ubun yaşayacağı p H aralı ğı 6, 5-7, 5 aralı ğı ndadır. Eğer 6, 2 ni n altı na düşerse veri mlili k hı zl a düş mekt e ve ol uşan aseti k şartlar met an ar kel eri i çi n t oksi k et ki yap makt adır ( Cl ark ve Speece, 1970). Or gani k yükdeki deği şi mler ve sı caklı k farkı gi bi özel dur u ml arda uçucu or gani k asitler, kendil erini i ndirgeyen aset oj enl er ve met an t ürl eri nden daha hı zlı bir şekil de f er mant atif bakteriler t arafı ndan üretil mekt edirler. Böyl ece uçucu asitlerde art mal ar meydana gel me kt e met an ar kel eri i nhi be ol makt adır. p H düş üşünü engell e mek i çi n ort a ma Na OH, Ca( OH)2, Na HCO3, KOH gi bi t amponl ayı cı ma ddel er ort a ma il ave edilir. Bununl a birli kt e bu ma ddel eri n ort a ma ani den veril mesi i nhi bisyona neden ol ur. Anaer obi k si st e mde t uzları n t oksisitesi ni n, t uzl arı n kat yon değerl eri yl e il gili ol duğu belirlenmiştir.
Reakt ör de uçucu asit konsantrasyonu aseti k asit ağırlı klı i se, or gani k yükün azaltıl ması veya besl e meni n dur dur ul ması il e bi rli kt e mi kr oor gani z mal arca suratl e t üketilerek nor mal seviyel ere düş mekt edir. Uçucu asit konsantrasyonu nor mal e döndükt en sonra organi k yük arttırılarak işlet meye deva m edil mekt edir.
p H ’ nı n ayarl an ması, organi k yükün azaltıl ması, besl e meni n kesil mesi t edbirl eri ne rağmen yüksel miş uçucu asit konsantrasyonl arı nor mal değerl ere i n meyebilir. Bu t ür dur u mlar da r eakt öre i yi ce seyreltil miş atı ksu ve bazen de musl uk suyu ile besl e me yapıl arak propi yoni k asiti n düş mesi sağl an makt adır ( Özt ürk, 1999).
2. 5. 2. Sı caklı k
Sı caklı k anaer obi k arıtımı nda r ol al an mi kr oorgani z mal ar i çi n ol dukça öne mli bir fakt ördür. Ör neği n çok yüksek sı caklı k, hücreni n hayatı i çi n öne mli ol an enzi mleri n parçal anması ndan dol ayı met aboli z ma hı zını n azal ması na yol açacaktır. Mi kr oor gani z mal ar optimu m büyü me ve met aboli z ma hı zl arı nı opti mum sı caklı k aralı ğı nda gerçekl eştirirler. Anaer obi k arıtı m i çin üç f ar klı sı caklı k aralığı et kili dir ( Kost er ve Letti nga, 1985).
Sakr ofili k bakt erileri n faali yet aralı ğı: 5-20˚ C
Me zofili k bakt erileri n faali yet aralı ğı: 25- 45˚ C (opt. 35˚ C) Ter mofili k bakt erileri n faali yet aralı ğı: 55- 70˚ C (opt. 55˚ C)
Met an ar kesi sı caklı k deği şi mleri ne di ğer mi kr oor gani z mal ara göre daha hassastır. Di ğer mi kr oor gani z ma gr upl arı nı n daha hı zlı büyü me hı zl arı ndan dol ayı ( ör neği n aset oj enl er gi bi) düşük sı caklı k derecel eri nde de kat aboliz ma başarılı ol abilir ( Sch mi d ve Li pper 1969).
Mi kr oor gani z mal ar kı sa s ür eli sı caklı k deği şi mleri ne karşı direnç gösterirl er. 2 saati n üzeri ndeki deği şiml eri nde sı caklı k t ekrar eski hali ne getirilirse hı zla nor mal gaz üreti mine dönüşü m yapılır.
2. 5. 3 Besi Maddesi İhtiyacı
Anaer obi k mi kr oor gani zmal ar hücre gelişi mi i çin nütrientlere gereksi nim duyarl ar. Hücre yapıl arı t a ma mi yle f ar klı ol duğu i çi n anaerobi k mi kr oor gani z mal arı n nütri ent gereksi ni mi aer obi k mi kr oor gani z mal ardan ol dukça f ar klı dır. Ör neği n anaer obi k mi kr oor gani z mal arı n azot ve f osf or ger eksi ni mi aer obi k mi kr oor gani z ma i hti yacı nı n
yakl aşı k %20’si kadardır. Kar bon, azot ve f osf or makr onütrientler ol arak adl andırıl makt adır. Anaerobi k arıtı m besl e mesi nde azot un i ki faydası vardır: 1. Ami no asit, prot ei n ve nükl ei k asitleri n sent ezi içi n te mel el e mentl eri sağlar. 2. Fer mant atif bakt eri t arafı ndan üretilen uçucu asitler il e hücreni n büyümesi i çi n gerekli nötr pH sevi yesi ni sağl ayan a monyağa çevrilir.
Substrat i çerisi ndeki azot un f azl alı ğı aşırı a monyak dönüşü müne dol ayısıyl a t oksi k et ki ye neden ol ur. Bu nedenl e besl e mede azot un uygun mi kt arı hem nütri ent kı sıtlanması ndan ( çok az N), he m de a monyak t oksisitesi nden sakı nmak i çi n ( çok fazl a N) öne mli dir.
Or gani k madde ko mpozisyonl arı nı n arıtı mı anaer obi k mi kr oor gani z mal arı n büyü mesi ve gaz üreti mi i çi n öne mli bir r ol e sahiptir. KOİ/ N/ P oranı 300/ 5/ 1 ol ursa atı ksuyun anaer obi k arıtı m i çi n or gani k madde ve besi maddesi açısı ndan dengeli ol duğu kabul edilebilir.
Anaer obi k mi kr oor ganiz mal ar sülfür, de mir, kal si yu m, magnezyum, s odyu m, pot asyu m, kobalt ve ni kel gi bi mi kr onütrientlere de i hti yaç duyar ( Speece ve Mc Cart y, 1964). Bu t ür nütrientler genelli kl e evsel atı ksul arda yet erli mi kt arlarda bul un mal arı na r ağ men bazı endüstri yel atı ksul arda bul un mayabilirler. Bakteri yol oji k büyü meni n gerçekl eş mesi içi n mikr onütrientleri n çözün müş ol ması gereklidir.
2. 5. 4 Karı ştır manı n Et kisi
Anaer obi k arıtı mda karıştır ma sayesi nde ça mur ve mi kr oor gani z ma bi yokütl esi ni n te ması, reakt ör i çerisi nde ho moj en bir ort a m s ağl anması, arıtı mdan açı ğa çı kan met aboli k ür ünl eri n ve besl enen ça mur daki t oksi k maddel eri n reakt örün t a ma mı na dağıtılarak ol u msuz et kileri n en aza i ndiril mesi sağl an makt adır. İ yi bir karıştır ma yapıl mazsa r eakt ör i çi nde t abakal aş mal ar ve ol uşan öl ü böl gel erde ı sı düşüşl eri me ydana gelir. İ yi bir karıştır ma il e sı caklı k, r eakt ör ün her yeri ne aynı şekil de ve ünifor m dağılır. Bunun yanı sıra üst kı sı mda köpük ol uşu mu düzenli bir karıştır ma sayesi nde önl en miş ol ur.
2. 5. 5 Toksisite ve İnhi bisyon Et ki si
Anaer obi k arıtı m t oksi k maddel ere karşı anaer obi k mi kr oor gani z mal arı n et kilenmesi nden dol ayı çok hassastır. Toksi k maddel er, giriş akı mı yl a veya reakt ördeki bakt erileri n kendi met aboli k aktivit el eri yl e meydana gelebilir. Bu
bil eşenl er, düşük konsantrasyonl arda r eakt örün met aboli z ma hı zı nı yavaşl at acağı yani i nhi be edeceği gi bi yüksek konsantrasyonl arda t oksisiteye yani mi kr oor gani z mal arı n öl ümüne neden ol urlar. Büt ün gr upl arı n et kilenmesini n yanı nda met an arkel eri daha hassastır.
Or gani k yükl e me or anı, t opl a m katılar, hi dr oli k bekl et me s ür esi ve p H gi bi çevr esel fakt örler, mi kr oor gani z manı n hassaslı ğı nı t oksisite t epki si ve biri ktir me özelli kl eri ni et kiler ( Hashi mot o vd., 1983). Yüksek or ganik yükl e me yapıl dı ğı nda or gani k, i nor gani k ve non-t oksi k ma ddel er i nhi bit ör ol ma ya başl ar. İ nor gani k ma ddel eri n t oksisite oranl arı bu maddel eri n t ek başı na ve birleşi k ol ması na bağlı ol arak deği ş mekt edir. Birleşi k ol dukl arı nda si nerjisti k etki göst erirler ( Kungel man ve Chi n, 1971).
İnor gani k kat yonl arı n örneği n Ca++
, Mg++, Na+, K+, Fe++ ve NH4+’ un düşük ve nor mal konsantrasyonl arda uyarı cı et kisi var dır ancak yüksek konsantrasyonl ar da i nhi bit ör ve t oksi k et kiye neden ol url ar. SO4- 2, NO3- gi bi i nor gani k kat yonl ar alt er natif e- alı cısı ol mal arı ndan dol ayı met an arkel eri i çi n pot ansi yel i nhi bit örl er dir ( Winfrey ve Zei kus, 1977). Tabl o 2. 7’ de mi kro nütri entleri n f aydalı ve i nhi bit ör et kileri göst eril mekt edir.
Doğal besl e mede karşılaşılan en öne mli t oksi dantlar; uçucu asitler, sülfür i çeren bil eşenl er, a monyak azotu, ağır met allerdir.
2. 5. 5. 1 Uçucu Asit İnhibi syonu
Yüksek konsantrasyonl arda aset at, pr opi yonat veya bütrat gi bi uçucu asitleri n t oksi k et kileri var dır. Bu i nhi bisyon, asit oj eni k kült ür t arafı ndan hı zl a uçucu asit konsantrasyonun artırılması, şok yükl e mel er, nütrient eksi kli ği ve i nhi bit ör ma ddel eri n filtre edilme mesi sonucu met anoj eni k t opl ul ukl arı n ol u ms uz et kilenmesi ne neden ol ur. Uçucu asitleri n biri kimi sonucunda p H düş mekt e, met an ar kel eri ni n akti vitesi azalma kt a ve siste min kararlı yapısı bozul makt adır.
Aset at en az t oksisiteye yol aç makt adır (Ianotti ve Fi scher, 1984). Bunun yanı nda en büyük t oksisiteye neden ol an uçucu asit pr opi yonat ol arak belirlenmiştir (Mc Cart y ve Br osseau, 1963). İanotti ve Fi scher mi kr obi yal büyü mede i nhi bisyonun 35 gr/l aseti k asit konsantrasyonunda gerçekl eşti ği ni, 3 gr/l pr opi yoni k asiti n i se i nhi bisyona neden ol duğunu belirt mişlerdir. Bütrat i çi n t oksi k konsantrasyon 10 gr/l ol arak belirlenmiştir.
Tabl o2. 7 Çeşitli Mikr o-Nüt rientleri n Faydalı, İnhi bit ör ve Toksi k Et kileri Kat yonl ar Faydalı
Et ki ( mg/l) İnhi bisyon Et ki si ( mg/l) Toksi k Et ki ( mg/l) Ref erans Na+ K+ Ca++ Mg+ + Fe++ Ba++ Ni kel Kobalt Sel enyu m Sülfit 100- 200 200- 400 100- 200 75- 150 0, 2 0, 01- 0, 1 0, 01 20 0, 8 0, 1- 10 3500- 5500 2500- 4500 2500- 4500 1000- 1500 - - - - - - 8000 12000 8000 3000 - - - - - -
Kugel man ve Mc Cart y, 1965 Kugel man ve Mc Cart y, 1965 Kugel man ve Mc Cart y, 1965 Kugel man ve Mc Cart y, 1965 He nze ve Harre moes 1982, Speece 1983 St r onach vd., 1986 St r onach vd., 1986, Henze ve Harre moes, 1982 St r onach vd., 1986, Henze ve Harre moes, 1982 St r onach vd., 1986 St r onach vd., 1986, Henze ve Harre moes, 1982 2. 5. 5. 2. Sülf ür İnhi bi syonu
Sülfat, mel as fer mant asyonu ( ek mek mayası ve et anol), sel ül oz ve kağıt, pekti n, şarap, petrol rafi nerisi, yenebilir yağ üreti mi endüstrileri ni n atıksul arı nda bul un makt adır. Havası z ort a mda sülfat, sülfat gi deren bakt eri t arafı ndan bir el ektron alıcısı ol arak kull anılır. El e ment al sülfür ve organi k sülfür bil eşi kl eri ol uş makl a birli kt e, reaksi yon sonucu ana ür ün ol arak H2S açı ğa çı kar. H2S, met an arkel eri i çi n gerekli nütrient ol duğundan, H2S’i n başka kaynakl ardan karşılanma ması hali nde ort a mdaki sülfatı n kullanıl ması gerekli dir. Bununl a birli kt e şayet SO4- 2 konsantrasyonu çok yüksek ol ursa sülfat gi deri mi sonucu H2S konsantrasyonu zehirli sevi yel ere ul aşabilir. Met an t ürl eri ni n başlıca enerji kaynakl arı aseti k asit ve hi droj endir. Sülfat gi deren bakt eriler de aynı enerji yi kull anırlar bu yüzden met an
