KAĞIT FABRİKASI ATIK SUYUNUN ANAEROBİK ARITIMINDA İZ ELEMENTLERİN BİYOMETAN OLUŞUMUNA ETKİSİ

Abstract

Alternatif enerji kaynaklarından yaygın kullanılan biyogazın üretim basamaklarının, teknolojilerinin geliĢtirilmesi ve üretim verimliliğinin arttırılması günümüz çalıĢmalarının amacı olmuĢtur. Anaerobik sistemde çalıĢan mikroorganizmaların daha fazla metan üretebilmeleri ve hassas bir sistem olan anaerobik basamakların kararlı halde çalıĢması için iz element ilavesi gerekebilmektedir. Herbir atıksuya ve kullanılan aĢıya göre iz element türü ve ihtiyaç duyulan konsantrasyonu değiĢmektedir. Kağıt endüstrisi birim ürün baĢına en fazla su tüketen sektörlerden olup üretilen kağıdın cinsine ve üretim Ģekline göre değiĢmekle birlikte ton kağıt üretiminde ortalama 50 ton su kullanılmaktadır. Yüksek kirlilik (3000 - 4000 mg KOĠ/L) içeren bu atıksular büyük oranda biyolojik olarak parçalanabilir doğası gereği anaerobik arıtımı cazip hale getirmektedir. Bu tez çalıĢmasında bir kağıt endüstrisinden alınan atıksu ile anaerobik süreçlerde görev alan mikroorganizmaların biyokimyasal reaksiyonlarında yaygın olarak ihtiyaç duyduğu Fe, Cu, Ni, Co iz elementleri ve Mg elementinin etkisi araĢtırılmıĢtır. Ġz elementlerin birbirlerinden bağımsız olarak ilavesi ve hepsinin birlikte olduğu farklı konsantrasyonlar denenerek ideal iz element reçetesinin oluĢturulması hedeflenmiĢtir. Mezofilik koĢulda 15 günlük inkübasyon sonucunda tek boyutlu çalıĢmalarda en uygun konsantrasyon değerleri ve metan üretiminde sağlanan yüzdelik artıĢları Fe, Cu, Ni, Co ve Mg için sırasıyla 5 mg/L, 0.5mg/L, 0.5 mg/L, 0.5 mg/L, 100 mg/L ve %10.05- %46.51- %14.29-%24.53 ve %17.13‟dır. Tek boyutlu iz element denemelerinde genel olarak içeriğindeki kalorifik değere sahip olan metan hacminde anlamlı artıĢlar sağlanmıĢtır. Ġz elementlerin etkilerinin birlikte değerlendirildiği çalıĢmalarda ise Box-Behnken tasarım (BBT) yöntemi kullanılmıĢtır. Program, 5 iz elementten oluĢan değiĢkenler için 46 denemeden oluĢan bir deney listesi oluĢturmuĢtur. Bu deneme kriterlerine göre iĢletilen reaktörlerin inkübasyonu sonrasında elde edilen biyogaz ve metan değerleri ile her bir bağımlı değiĢken için ANOVA tablosu oluĢturulmuĢ olup biyogaz ve metan için regrasyon katsayıları sırasıyla 0.9227 ve 0.9182 olarak belirlenmiĢtir. Ayrıca çok boyutlu iz element denemeleri için gerekli olan optimum değerleri içeren bir iz element reçeteside BBT ile oluĢturulmuĢtur. Ġz element reçetesine göre Fe, Cu, Ni, Co ve Mg‟den oluĢan çoklu iz element ilavesi için BBT‟nin belirlediği optimum konsantrasyonları sırası ile 196.8 mg/L, 0.01 mg/L, 1.30 mg/L, 1.31 mg/L ve 50,63 mg/L‟dir. Böylelikle kağıt endüstrisi atıksuyunun anaerobik arıtılmasında çoklu iz element etkisinin belirlenmesi ve iz element reçetesinin oluĢturulması 46 farklı koĢulun denenmesi ile kısa sürede belirlenmiĢtir. Belirlenen iz element reçetesi ile kontrol testleri yapılmıĢ ve metan oranında %18.08 arttıĢ elde edilmiĢtir. Kinetik çalıĢması ile biyogaz ve metan oluĢum hacimleri inkübasyonun 8. güne kadar kontrol grubu ile iz element ilaveli reaktörler birbirine paralel sonuçlar verirken, inkübasyonun 9. günü itibarıyla iz element ilave edilen reaktör grubunda daha yüksek biyogaz hacmi ve metan içeriği sağlanmıĢtır. 15 günlük inkübasyon sonrasında iz element içeren reaktörde metan hacminde %40 artıĢ elde edilmiĢtir. Reaktörden alınan anaerobik çamur numunelerindeki nükleik asitler MiSeq Reagent kiti ile izole edilmiĢ ve illumina sequencing ile mikrobiyal kominite de Methanosaeta thermophila türünün baskın olduğu belirlenmiĢtir.