Su ve Çevre Teknolojileri Dergisi 119. Sayı (Haziran 2018)

50 Su ve Çevre Teknolojileri / Haziran 2018 suvecevre.com 3.2.1. Polissakkaritler (Şekerler) Polissakkaritler, selüloz ile hemise- lüloz ve pektinleri ihtiva etmektedirler. Saf selüloz tıpkı nişasta gibi glikozun bir polimeri olmakla birlikte kimyasal bağ- larının kuvvetli olması sebebiyle hidro- lizi zor olmaktadır. Hemiselüloz ve pek- tinler, selülozun aksine belirsiz yapıdaki maddelerin heterojen karışımlarıdır ve muhtelif çözücülerdeki çözünürlükleri ile ayırt edilirler. Polissakkaritler, gliko- zun polimerleri olarak ele alındıklarında tam anaerobik fermantasyonları aşağı- daki gibi olur; (C 6 H 12 O 6 )n + (n-1)H 2 O → 3n CH 4 + 3nCO 2 Reaksiyon stokiyometrisine göre üretilen biyogazın %50 oranında CH₄ ihtiva etmesi beklenir. Ancak CO 2 ’in çözünmesi sebebiyle metanın oranı artmaktadır. Bu denklemden hareketle genel formülü C n H 2n On olan bir karbon- hidratın polimerleri için standart şart- larda gaz veriminin giderilen kg uçucu katı maddenin 0.75 m 3 olduğu hesap edilir. 3.2.2. Proteinler Proteinler yirmi kadar doğal protei- nin kombinasyonları sonucunda oluşan polimerlerdir. Havasız fermantasyon öncesinde proteinlerin bünyesindeki azot; amonyak, asetat, propiyonat ve bütirat gibi belli başlı fermantasyon ürünlerine çevrilir. Proteinlerin havasız süreç ile parçalanma reaksiyonu aşağı- daki gibi gerçekleşmektedir. 2C 5 H 7 NO 2 + 6H 2 O + 5 CH 4 + 5CO 2 +2NH 3 Ortalama olarak 6,5 gram protein içersine 1 gram N olduğu kabul edil- mektedir. Yukarıdaki denkleme göre proteinlerin fermantasyonu sonucu gaz üretim veriminin 0.99 m 3 /kg-UKMgid olması gerekir. Ancak NH 4 konsantras- yonunun artması CO 2 ’in sudaki çözü- nürlüğünü artıracağı için gaz fazındaki CH 4 ’ün yüzdesi %50’den fazla olabilir. 3.2.3. Azotlu Bileşikler Bilinen en önemli azotlu bileşik, hayvansal bir organik atık olan üre (CO(NH 2 ) 2 )’dir. Üre aşağıdaki reaksiyon uyarlığınca amonyak ve CO 2 ’e parça- lanır. CO(NH 2 ) 2 + H 2 O → CO 2 +2NH 3 Üre, suda çözündüğü için hava- sız reaktörlerin çıkış suyunda önemli oranda azot bulunabilir. 3.2.4. Yağlar Yağlar suda çözünmeyen, ancak organik çözücülerde çözünebilen heterojen organik bileşiklerdir. Yağ asitlerinin genel formülleri CH 3 (CH 2 ) n COOH olup, b oksidasyonu ile asidin COOH kökünden asetil grupları ardışık olarak koparılarak asetik asit ve H₂’ye dönüştürülür. Anaerobik b oksidasyonu ile doymuş ve 14 ile 18 karbonlu yağ asitleri önce asetata sonra da CO 2 ve CH 4 ’e dönüştürülür. Uzun zincirli yağ asitlerinin anaerobik süreçte parçala- narak asetata dönüştürülmesi, sistemin gaz üretimi ve KOI giderimi bakımından sınırlayıcı olmaktadır. Yağ asitlerinin tam anaerobik ayrışması sonucunda yüksek verimle biyogaz üretilebilir. Stearik asi- din tam anaerobik ayrışması aşağıdaki gibi olmaktadır. CH 3 (CH 2 ) 6 COOH + 8H 2 O → 3 CH 4 + 5CO 2 + 10H 2 3.2.5. Anaerobik Mikroorganizmaların Enerji Kazanma Yolları ATP, canlı hücrelerin ortak enerji temin kaynakları olup, ATP’e elde edilen enerjinin fosfat bağı olarak depolanması sonucu sentezlenir. Çeşitli maddeler- deki ATP değerleri canlı hücre miktarı ve aktif mikroorganizma biyokütle- sinin tahmininde kullanılabilir. Mikro- organizmalar ATP sentezini iki farklı şekilde gerçekleştirebilmektedirler. Bunlardan birincisi, organik bileşiklerin bir biyokimyasal metabolik yolla yük- seltgenmesi sırasında gerçekleştirilen ATP sentezidir. Bu asit üretimi reaksi- yonları sırasındaki ATP sentez meka- nizması olup, havasız reaktörlerdeki en önemli ATP kaynağıdır. İkincisi ise, ETS de elektronların veya hidrojenle- rin transferi sırasında ATP sentezidir. Bu mekanizmayı metan bakterilerinin gerçekleştirdiği sanılmaktadır. Ayrıca organik bileşiklerin biyolojik oksidas- yonunda NAD+, NADP+, FAD ve FMN gibi koenzimlerin hidrojeni taşımalarının da bu oksidasyonun tamamlanması ve enerji üretilmesinde rolü büyüktür. 3.2.5.1. Asit Üretimi Yolu Koenzimler mikroorganizma bünye- sinde az miktarlarda bulunurlar. Bu yüz- den NAD+, asit üretimi (fermantasyon) yolunda hidrojen alıcı olarak bir fonk- siyon görebilir, ancak asit üretiminin devam ettirilebilmesi için ortaya çıkan NADH’ın yeniden oksitlenmesi gerek- mektedir. Asit bakterileri bu oksidas- yonun gerçekleşmesi için çeşitli yollar izler. Glikozun asit fermantasyonu ile parçalanmasındaki daha kompleks bir yol ise son ürün olarak bütirat, H₂ ve CO₂’in üretildiği fermantasyon yoludur. Bu halde COA (koenzim, A) ile demirli redoks bileşiği Ferrodoksin de H₂ üre- timi yoluyla prüvatın parçalanmasında rol oynar. Prüvatın fermantasyonunda diğer bir alternatif de bakterilerin asetil- COA vasıtasıyla ekstra 2 ATP’lik enerji kazandıkları yoldur. Buna hidrojen üre- ten asetik asit bakterilerinin asetat ve H 2 oluşturmak için takip ettikleri yol hidrojenin kısmi basıncına çok bağlıdır ve herhangi bir alternatif bulunmamak- tadır. Ortamdaki H 2 konsantrasyonu fer- rodoksin oksidasyon redüksiyon prosesi için belli değerlere ulaştığında enerji üretimi durur ve belli bir müddet sonra mikroorganizmalar ölmeye başlar. Hid- rojen üreten asetik asit bakterileri propi- yonat, bütirat ve yüksek moleküllü yağ asitleri ile aromatik bileşikleri parçala- dıkları için, ortamdaki H 2 konsantrasyo- nun yükselmesi halinde bu tür bileşikleri konsantrasyonlarında da birikme ve net metan üretim veriminde düşüş gözlenir. Sistemdeki toplam uçucu asit konsant- rasyonundaki ani artış, metan üretim hızının düşmesi, dolayısıyla toplam gaz MAKALE