Meyve ve sebze atıkları ile anaerobik çoklu arıtma çamuru çürütme optimizasyonu: Metan üretim potansiyeli, proses performansı ve stabilize çamur kalitesi

Yıl 2022, Cilt: 37 Sayı: 3, 1493 - 1508, 28.02.2022

Dilek Erdirençelebi , Fatmanur Sarıkaya

https://doi.org/10.17341/gazimmfd.900772

Öz

Bu çalışmada ayrık ve birleşik çamur çürütme sistemleri için pazaryeri atıklarının (meyve ve sebze atıkları) çoklu çürütme/stabilizasyon performansı ve stabilize çamur kalitesi araştırılmıştır. Çalışma, laboratuvar ölçekli biyoreaktörlerde üç farklı arıtma çamuru fraksiyonu (primer (PÇ), sekonder (SÇ) ve karışık çamur (KÇ)) için sırasıyla 1,65, 0,40 ve 1,0 kg UKM/m3.gün organik yükleme hızlarında (OYH), 20 gün hidrolik bekleme süresinde (HBS) ve 35°C sıcaklıkta yarı-sürekli olarak yürütülmüştür. Meyve atığı (MA), sebze atığı (SA) veya meyve+sebze atıkları (MSA) farklı ayrışma özelliklerine sahip arıtma çamurlarının (PÇ, SÇ ve KÇ) yanında farklı bileşim ve oranlarda beslenerek MSA ilavesinin etkisi değerlendirilmiştir. Artan OYH seviyelerinde maksimum spesifik metan üretimi (SMÜ) eldesine göre MA ve SA ilavesi için optimum OYH’ları sırasıyla 0,84 ve 0,33-0,44 g UKM/L.gün ve ağırlıkça ilave oranları PÇ, SÇ ve KÇ için sırasıyla % 51, 209 ve 84 olarak elde edilmiştir. SMÜ’de PÇ, SÇ ve KÇ için sırasıyla %12, 25-55 ve 0 ile günlük metan üretiminde %50-75, 250-300 ve 44-66 artış elde edilmiştir. SMÜ’deki artış anaerobik ayrışabilirliğin arttığını gösterirken bu artışın özellikle ayrık çürütme sisteminde ve özellikle dirençli yapılardan oluşan SÇ için elde edilebileceğini göstermiştir. MA’nın artan yüklemesinde SMÜ’de azalma ile reaktör ve stabilize çamur UKM seviyesinde birikim oluşurken, SA’nın artan OYH’nda toksisite gerçekleşmiş ve PÇ çoklu çürütmesinde metanojen aktivitesi üzerinde hasar oluşmuştur. SA, MA’ya kıyasla daha yüksek metana dönüşüm ile daha yüksek ayrışabilirlik özelliği göstermiştir. MA ayrışması pH’ya asitlenme yönünde etki etmiştir. Elde edilen sonuçlar mevcut kentsel AAT’lerinde hem ayrık hem de birleşik çamur çürütme sistemlerinde çoklu besiyeri olarak MA ve SA ilavesinde düşük yükleme hızlarında metan eldesine olumlu yönde etki göstereceğini ortaya koymuştur. SA ve MA ilavesi stabilize çamurların susuzlaşma kabiliyetini düşürmüş, diğer yandan özellikle besin kısıtlılığı ile düşük biyokütle seviyesinde işleyen SÇ çürütmesinde ayrışabilirliği ve biyokütleyi artırma yönünde fayda sağlayarak tarımsal uygulamalara uygun stabilize çamur üretmiştir.

Anahtar Kelimeler

Arıtma çamuru, Anaerobik, primer, sekonder, çoklu besiyeri, metan, enerji, optimizasyon, meyve atığı, sebze atığı

Destekleyen Kurum

Konya Teknik Üniversitesi BAP Koordinatörlüğü

Proje Numarası

191001013

Teşekkür

Yazarlar olarak 191001013 Numaralı BAP kapsamında çalışmaya sağladığı destekten dolayı Konya Teknik Üniversitesi BAP Koordinatörlüğüne teşekkür ederiz. Deneylerin yürütülmesindeki yardımı için Hamza Aysan’a teşekkür ederiz.

Kaynakça

• 1. Gokcol, C., et al., Importance of biomass energy as alternative to other sources in Turkey. Energy Policy, 2009. 37(2): p. 424-431.
• 2. Schnurer, A. and A. Jarvis, Microbiological handbook for biogas plants. Swedish Waste Management U, 2010. 2009: p. 1-74.
• 3. Arhoun, B., et al., Anaerobic co-digestion of mixed sewage sludge and fruits and vegetable wholesale market waste: Composition and seasonality effect. Journal of Water Process Engineering, 2019. 31: p. 100848.
• 4. Nghiem, L.D., et al., Full scale co-digestion of wastewater sludge and food waste: bottlenecks and possibilities. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2017. 72: p. 354-362.
• 5. Hagos, K., et al., Anaerobic co-digestion process for biogas production: Progress, challenges and perspectives. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2017. 76: p. 1485-1496.
• 6. Angelidaki, I., L. Ellegaard, and B.K. Ahring, Applications of the anaerobic digestion process, in Biomethanation II. 2003, Springer. p. 1-33.
• 7. Mata-Alvarez, J., et al., Codigestion of solid wastes: a review of its uses and perspectives including modeling. Critical reviews in biotechnology, 2011. 31(2): p. 99-111.
• 8. Cao, Y. and A. Pawłowski, Sewage sludge-to-energy approaches based on anaerobic digestion and pyrolysis: Brief overview and energy efficiency assessment. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2012. 16(3): p. 1657-1665.
• 9. Prabhu, M.S. and S. Mutnuri, Anaerobic co-digestion of sewage sludge and food waste. Waste Management & Research, 2016. 34(4): p. 307-315.
• 10. Shi, S., et al., Strategies of valorization of sludge from wastewater treatment. Journal of Chemical Technology & Biotechnology, 2018. 93(4): p. 936-944.
• 11. Pramanik, S.K., et al., The anaerobic digestion process of biogas production from food waste: Prospects and constraints. Bioresource Technology Reports, 2019: p. 100310.
• 12. Ganesh, R., et al., Single-phase and two-phase anaerobic digestion of fruit and vegetable waste: comparison of start-up, reactor stability and process performance. Waste management, 2014. 34(5): p. 875-885.
• 13. Chakraborty, D., et al., Co-digestion of food waste and chemically enhanced primary treated sludge in a continuous stirred tank reactor. Biomass and Bioenergy, 2018. 111: p. 232-240.
• 14. APHA, Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, American Public Health Association (APHA). American Water Works Association (AWWA) and Water Environment Federation (WEF), , 2005. 21st Edition(Washington, USA.).
• 15. Anderson, G. and G. Yang, Determination of bicarbonate and total volatile acid concentration in anaerobic digesters using a simple titration. Water Environment Research, 1992. 64(1): p. 53-59.
• 16. Gomez, X., et al., Anaerobic co-digestion of primary sludge and the fruit and vegetable fraction of the municipal solid wastes: conditions for mixing and evaluation of the organic loading rate. Renewable energy, 2006. 31(12): p. 2017-2024.
• 17. Scano, E.A., et al., Biogas from anaerobic digestion of fruit and vegetable wastes: Experimental results on pilot-scale and preliminary performance evaluation of a full-scale power plant. Energy conversion and management, 2014. 77: p. 22-30.
• 18. Öztürk, İ., Anaerobik Arıtma ve Uygulamaları. Su Vakfı Yayınları, İstanbul, 2007: p. 479 19. Bouallagui, H., et al., Improvement of fruit and vegetable waste anaerobic digestion performance and stability with co-substrates addition. Journal of environmental management, 2009. 90(5): p. 1844-1849.
• 20. Sosnowski, P., A. Wieczorek, and S. Ledakowicz, Anaerobic co-digestion of sewage sludge and organic fraction of municipal solid wastes. Advances in Environmental Research, 2003. 7(3): p. 609-616.
• 21. Wong, J., et al., Toxicity evaluation of sewage sludges in Hong Kong. Environment international, 2001. 27(5): p. 373-380.
• 22. Rizk, M.C., R. Bergamasco, and C.R.G. Tavares, Anaerobic co-digestion of fruit and vegetable waste and sewage sludge. International Journal of Chemical Reactor Engineering, 2007. 5(1).
• 23. Cabbai, V., et al., BMP tests of source selected OFMSW to evaluate anaerobic codigestion with sewage sludge. Waste management, 2013. 33(7): p. 1626-1632.
• 24. Di Maria, F., et al., Amount of energy recoverable from an existing sludge digester with the co-digestion with fruit and vegetable waste at reduced retention time. Applied energy, 2015. 150: p. 9-14.
• 25. Anhuradha, S., et al., Kinetic studies and anaerobic co‐digestion of vegetable market waste and sewage sludge. CLEAN–Soil, Air, Water, 2007. 35(2): p. 197-199.
• 26. Fonoll, X., et al., Anaerobic co-digestion of sewage sludge and fruit wastes: evaluation of the transitory states when the co-substrate is changed. Chemical Engineering Journal, 2015. 262: p. 1268-1274.
• 27. Mu, L., et al., Anaerobic co-digestion of sewage sludge, food waste and yard waste: Synergistic enhancement on process stability and biogas production. Science of The Total Environment, 2020. 704: p. 135429.
• 28. Sun, C., et al., Biogas production from undiluted chicken manure and maize silage: a study of ammonia inhibition in high solids anaerobic digestion. Bioresource Technology, 2016. 218: p. 1215-1223.