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

Su ve Çevre Teknolojileri / Haziran 2018 51 suvecevre.com hacminde de bir azalmaya yol açar. Bu gibi durumlarda ilk acil tedbir olarak reaktörün beslenmesi durdurulur ve uçucu asit birikmesine yol açan sebep- ler araştırılır. Havasız reaktörlerde uçucu asit birikmesi problemi aşırı ısıtma, aşırı yükleme, gaz geri devir hattından içe- riye hava emilmesi, atık bileşimindeki ani değişiklikler dolayısıyla çok düşük veya çok yüksek NH4+ seviyeleri, alkalinitenin düşerek pH’daki kararlı- lığı bozması ve atıksu içerisine toksit maddelerin karışması gibi faktörlerin bir veya birkaçının biraraya gelmesinden kaynaklanabilir. Gerçekte uçucu asitler doğrudan toksit değildir. Evsel atıksu arıtma çamuru çürütme tesislerindeki tipik uçucu asit konsantrasyonu 400 mg/lt asetik asit civarındadır. Böyle bir reak- töre, asetat konsantrasyonunu 4500 mg/lt’ye yükseltecek şekilde ani bir sodyum asetat yüklemesi yapıldığında dahi mikroorganizmalar asetatı birkaç gün içersinde tamamen CH₄ ve CO₂’e dönüştürebilmektedir. Tavuk gübresi atıklarının çürütüldüğü reaktörlerde de başlangıçta 2000 mg/lt civarında olan uçucu asit konsantrasyonunun birkaç yıl sonra ihmal edilebilecek mertebelere düştüğü tespit edilmiştir. Dolayısıyla havasız reaktörlerin işle- tilmesinde hedeflenmiş kesin bir UA seviyesi bulunmamaktadır. Uçucu asit konsantrasyonundaki ani artış reaktör- deki havasız arıtma sürecinin normal gitmediğinin ve H₂ konsantrasyonunun yükselmesi sebebiyle metan bakteri- lerinin faaliyetlerinin engellendiğinin bir göstergesidir. Bu yüzden havasız sistemlerde stabilizesinin izlenmesi açı- sından en iyi parametre, ortamdaki H₂ konsantrasyonu veya kısmi basıncıdır. 3.2.5.2. Metan Gazı Üretimi Yolu Metan bakterilerinin havasız çürütme sürecindeki temel fonksiyonu, H₂ konsantrasyonunun düşük tutularak karbon akışının asetat üretimine doğru yönlendirilmesi olarak bilinmektedir. Metan bakterilerinin enerji kaynağı ola- rak kullandıkları maddeler sınırlıdır ve başlıcaları yukarıdaki tabloda verilmiştir. Sentez edilen ATP için birim mol’ü başına gerekli enerji miktarının 28,4 ile 36,5 kj olduğu ileri sürülmektedir. Enerji kaynağı olarak H₂ veya Formaldehit kullanılması halinde ATP sentezi için gerekenden fazla enerji üretimi müm- kün olabilmekte, buna mukabil asetatın enerji kaynağı olması durumunda ATP sentezi ancak mümkün olabilmektedir. 3.2.5.3. Biyogaz Üretimi ve Enerji Geri Kazanımı Havasız şartlardaki süreçte nihai ürün olarak üretilen metanın, giderilen KOI başına üretim miktarının belirlen- mesi; CH 4 + 2O 2 → CO 2 +2H 2 O Yukarıdaki denkleme göre 1 mol CH₄’ün oksidasyonu için 2 mol (64 gr) O₂ gereklidir. PV=nRT ideal gazlar bağıntısından giderilen 1 gr KOI başına standart şartlarda (0 °C, 1 atm basınç) 0.35 lt metan ve mezofilik havasız arıtma koşullarda ise 0.395 lt metan üretileceği sonucu çıkarılır. Anaerobik sistemlerin aerobik sistemlerle ekono- mik anlamda rekabet edebilmesi için arıtılacak atığın KOI değerinin 2500 mg/lt nin üzerinde olması tavsiye edilir. Mezofilik işletme şartlarında endüstriyel havasız arıtma sistemlerinde, 0,2-0,5 lt (ortalama 0,3 lt) metan/gr-KOIgid. mertebesinde biyogaz geri kazanımı gerçekleşmektedir. Bu değer şeker, bira, süt vb. gıda sanayinde 0,5 lt, buna karşın inhibitör tesirlerin söz konusu olduğu endüstrilerde 0,2 lt’ye yaklaşır. %65-80 oranında metan içeren bir biyo- gazın enerji değeri 6,5-8 kW-saat/m³ olarak alınabilir. Biyogazı buhar kazan- larında yakma verimi en yüksek olup bu değer yaklaşık %80’dir. Biyogazın buhar kazanlarında yakıldığı zaman 1 kg KOI’nin enerji eşdeğeri 0.3*0.80*(6.5- 8)=1.56-1.92 kW-saat olarak hesapla- nabilir. Bu enerjinin %1-1.5’nin arıtma tesi- sinin ihtiyacı için kullanıldığını düşü- nürsek, ortalama olarak bu değeri 1.50 kW-saat/kg-KOIgid olarak alabiliriz. Bu değer KOI>2500 olan organik madde miktarının orta ve yüksek seviyedeki atıkların havasız şartlarda arıtımı için çok cazip olduğunu gösteriyor. Standart şartlarda 1 m 3 biyogazın enerji eşdeğeri 3.8-8.5 kW-saat’tir ve bu değer de yak- laşık olarak 0.5 lt fuel-oil’ün enerjisine eşdeğerdir. Tablo 3’te farklı organik atık- ların havasız olarak arıtımı sonucunda elde edilen biyogaz miktarları ve bun- ların ısıl değerleri verilmiştir. l Devam edecek... Sınırlayıcı Kullanılabilir Serbest Besi Maddesi Reaksiyon Enerji ∆G kj/mol H 2 4H 2 + HCO 3- + H+ → CH 4 + 3H 2 O 35,6 Format 4HCOO- + H 2 O + H+ → CH 4 + 3HCO 3- 130,4 Asetat 4HCOO- + H 2 O → CH 4 + HCO 3- -31,0 Metanol 4CH 3 OH → 3CH 4 + HCO 3 -+H 2 O -106,6 Tablo 3. Çeşitli Atıklardan Üretilen Biyogazların Metan Muhtevaları ve Isıl Değerleri Biyogaz Tipi CH 4 (%) Isıl Değer (kW-saat/m 3 ) Çamur çürütücü gazı Havasız endüstriyel atıksu arıtma tesisi gazı Çiftlik atıklarının havasız arıtımı Çöp depolama sahası gazı 60-70 50-85 55-75 35-55 6-7 5-8,5 5,5-7,5 3,5-5,5