KOMPOSTLAMADA VİNASIN ETKİSİ Sevgi FERSİZ a,*, Sevil VELİ b, Levent DAĞAŞAN c, Mustafa TÜRKER d

Transkript

1 KOMPOSTLAMADA VİNASIN ETKİSİ Sevgi FERSİZ a,*, Sevil VELİ b, Levent DAĞAŞAN c, Mustafa TÜRKER d a,* Kocaeli Üniversitesi, Köseköy MYO, Kocaeli, e-posta: bozdemir@kocaeli.edu.tr b Kocaeli Üniversitesi Müh. Fak. Çevre Mühendisliği Bölümü, Kocaeli, e-posta: sevilv@kocaeli.edu.tr c İzmit Pakmaya A..Ş., Kocaeli, e-posta: leventd@pakmaya.com.tr d İzmit Pakmaya A..Ş., Kocaeli, e-posta: mustafat@pakmaya.com.tr Özet - Organik katı atıkların bertarafında en etkili ve sürdürülebilir yöntem kompostlamadır. Kompostlama işlemi, organik maddelerin bakteriler ve diğer mikroorganizmalar tarafından biyolojik parçalanması ve humus adı verilen toprak benzeri bir maddeye dönüştürülme prosesidir. Bu çalışmada atıksu arıtma tesisi çamuru ile fermantasyon endüstrisi atığı olan vinasın havalı kompostlaştırılması yapılmıştır. Arıtma çamuru düşük organik madde içerdiğinden tek başına kompostlanmaya uygun olmaması nedeniyle, vinasla farklı oranlarda karıştırılarak en iyi karışım oranı elde edilmiştir. Kompost karışımlarının sıcaklık ve ph parametreleri serbest bırakılmıştır. Çalışmada TKM, UKM, sıcaklık, ph ve EC parametreleri incelenmiştir. Kompost karışımlarındaki ayrışabilir organik maddelerin azalması ile TKM de % 10 30, UKM de ise % oranında azalma görülmüştür. Reaktörlerde ph 7 9 arasında değişmiştir. En iyi kompost karışım oranı %70 Arıtma Tesisi Çamuru ile %30 Vinas olarak bulunmuştur. Anahtar Kelimeler: Vinas, arıtma çamuru, kompostlaştırma. Giriş Vinas, şeker üretiminden arta kalan melasın, maya ve alkol sanayinde işlenmesi sonucu meydana gelen katı haldeki özüdür. Şekersiz, distile edilmiş ve konsantre edilmiş haldedir. Daha önceleri vinas havuzlara atılır ve sıcak günlerde konsantre edilirdi. Sonuçta yeraltı su kirliliği ve koku problemi oluşurdu. Şimdilerde vinas, hayvan yemi, potasyum tuz üretimi için kullanılmaktadır. Fakat vinasın içeriğindeki yüksek tuz miktarı hayvan yemi olarak kullanımını sınırlamaktadır [1]. Vinasın yüksek organik yük (BOİ: mgl -1 ) ve yüksek tuzluluk (EC: ds m -1 ) içermesi çevresel bir problem oluşturmaktadır [2]. Bununla birlikte yüksek organik madde içeriği (350 g kg -1 kuru ağırlık) ve nütrient miktarı (N: 30 g kg -1, K: 30 g kg -1 kuru ağırlık) vinasın iyi bir gübre kaynağı olduğunun göstergesidir [3]. Bu dezavantajın üstesinden gelmek ve vinası geri kazanmak için diğer atıklarla birlikte kompostlanması sağlanabilir. Elde edilen ürün, organik gübre olarak kullanım için uygundur. Organik gübrenin kullanımı ile toprağın fiziksel, kimyasal ve biyolojik özelliklerinin gelişimi birçok araştırmada gösterilmiştir. Literatür araştırması yapıldığında vinasın, üzüm posası, pamuk atığı, zeytin çekirdeği ve kentsel atıkların organik bölümleri ile birlikte kompostlama çalışmaları yapıldığı görülmektedir. Diaz ve diğ., 2003 de en iyi kapalı kap kompost durumlarını belirleyebilmek için vinas/pamuk atık karışımı ürününün özelliklerini (ph, elektriksel iletkenlik, organik madde, Kjeldahl N, C/N oranı, biyoparçalanabilirlik, Kjeldahl-N kayıpları, çimlenme indeksi), inkübasyon durumlarını (vinas oranı ve operasyon durumları) araştırmışlardır. Kabul edilebilir kimyasal özellikler, yüksek biyoparçalanabilirlik ve minimum N kayıpları %20 30 vinas eklenmesi ile gün operasyon zamanında elde edilmiştir [4]. Madejon ve diğ., 2001b de üç farklı konsantrasyondaki vinası katı atıklarla birlikte kompostlamışlardır. Elde edilen kompost dip gübresi olarak mısır, şeker pancarı ve ayçiçeği üzerinde uygulanmıştır. Kompost karışımları, 1: üzüm (%82) + vinas (%18), 2: zeytin pres keki (%76) + vinas (%17) + leonardite (% 6), 3: Compost C: pamuk atığı (%47) + vinas (% 49) + leonardite (%3) olarak belirlenmiştir. 2 yıl kompostlama uygulaması sonrasında toprağın 1

2 kimyasal özellikleri araştırılmıştır. Sonuçta kompost kullanımı ile tarım topraklarının, özellikle zayıf toprakların organik madde seviyesini arttırmada katkıda bulunduğu görülmüştür [5]. Diaz ve diğ., 2002 de, optimum kompostlama için üzüm/vinas oranını belirlemeye çalışmışlardır. Dört farklı kompost karışımı hazırlanmıştır. İnkübasyon deneyleri sonunda vinas ve üzüm posasının kompostlama prosesinin teknik olarak uygun olduğu gösterilmiştir. Sonuçta % vinas miktarı için yüksek kaliteli kompost elde etmek ve prosesi optimize etmek için uygun olduğu görülmüştür [2]. Deneysel Çalışmalar Bu çalışmada atıksu arıtma tesisi çamuru ile fermantasyon endüstrisi atığı olan vinasın havalı kompostlaştırılması yapılarak kompostlama teknolojisinin uygulanabilirliği ve evsel atıksu arıtma çamuru kompostlaştırılmasında vinas ilavesinin etkisinin ortaya konulması amaçlanmıştır. Kompostlama çalışmaları, tam karışımlı ve havalandırılmalı, paslanmaz çelikten yapılmış 100 l lik bir reaktörde yürütülmüştür. Reaktör gövdesine monte edilmiş olan ph, sıcaklık ve çözünmüş oksijenmetre ile reaktör içerisindeki karışım sürekli izlenmiş ve belli zaman aralıklarında alınan numuneler analiz edilerek biyolojik parçalanma belirlenmiştir. TKM, UKM, ph ve EC analizleri standart metotlara göre yapılmıştır [6]. Kompost karışımları organik madde miktarı göz önüne alınarak hazırlanmıştır. Reaktöre yerleştirilen katı atıkların bileşimi Tablo 1 de gösterilmektedir. Tablo 1. Reaktöre Yerleştirilen Katı Atıkların Bileşimi Reaktör No Katı Atık Bileşimi 1 % 100 Arıtma Tesisi Çamuru 2 %82 Arıtma Tesisi Çamuru + %18 Vinas 3 %70 Arıtma Tesisi Çamuru + %30 Vinas 4 % 33 Arıtma Tesisi Çamuru + %67 Vinas 5 % 11 Arıtma Tesisi Çamuru + %89 Vinas 6 % 4 Arıtma Tesisi Çamuru + %96 Vinas Katı atıklar havalı reaktörlere yerleştirildikten sonra ısı yalıtımını sağlamak üzere kapakları kapatılmış ve yüzeylerden ısı kaybını önlemek için yalıtım malzemesi ile reaktör etrafı kaplanmıştır. Atıkların homojenliğini sağlamak için reaktör sürekli 100 rpm karıştırıcı hızıyla karıştırılmıştır. Reaktöre hava, bir kompresör vasıtasıyla debisi ayarlanarak bir rotometreden geçirilerek verilmiştir. Havalı kompostlama işlemi için hazırlanan başlangıç kompost karışımının fiziksel ve kimyasal değerleri Tablo 2 de gösterilmektedir. Tablo 2. Başlangıç kompost karışımının fiziksel ve kimyasal değerleri. % 100 % 82Ç %70 Ç + %33 Ç %11 Ç + %4 Ç + Analizler Birim Ç +%18 V %30 V +%67 V %89 V %96 V ph 7,8 8,4 8,0 7,0 6,9 6,7 TKM mgl UKM mgl NH + 4 -N mgl ,

3 TKN mgl COD mgl TOC mgl C:N 5,3:1 5,8:1 3,5:1 3,7:1 5,1:1 3,7:1 EC ds m -1 9, ,7 27,2 43,5 52 Ç: Arıtma tesisi çamuru V: Vinas Sonuçlar ve Tartışma Reaktöre farklı oranlarda atık arıtma çamuru ve vinas eklenerek karışım hazırlanmıştır. TKM ve UKM miktarındaki azalma kompostlama işleminin başarı ölçütlerindendir. Karışımdaki vinas oranı arttıkça başlangıç Toplam Katı Madde ve Uçucu Katı Madde miktarı artmaktadır. Kompost karışımlarında, ayrışabilir organik maddelerin azalması ile TKM de % 10 30, UKM de % oranında azalma görülmektedir. En fazla azalma %70 Arıtma Tesisi Çamuru (Ç) ile %30 Vinas (V) karışımıyla elde edilmiştir (Şekil 1, 2). TKM ve UKM deki azalma organik maddenin mikroorganizmalar tarafından ayrışması nedeniyledir [7, 8]. Şekil 1. Farklı kompost karışım oranlarına göre TKM deki değişim. 3

4 Şekil 2. Farklı kompost karışım oranlarına göre UKM deki değişim. Bakteriler için optimum ph aralığı 6 8 arasında olduğu söylenebilir. Kompostlama esnasındaki ph değişimi, kompost yapısındaki değişiklikler nedeniyledir. Genelde ph, amino asit ve organik asitlerin oluşumu nedeniyle nötral değerlerin altına düşmekte, sonra ise asitlerin tüketimi, karbondioksite dönüşmesi ve amonyumun üretimi nedeniyle nötralin üstüne yükselmektedir. Deneyin başlangıcından sonra zamanla reaktörlerdeki ph bir miktar azaldığı görülmektedir (Şekil 3). Bu azalma organik asitlerin oluşumundan kaynaklanmaktadır. Kompost ph sının değişimi reaktörlerde paralellik göstermektedir. Başlangıçta 8 seviyelerindeki ph bir miktar azalmış ve nötr seviyelerde kalmıştır. ph, reaktörlerde 7 ila 9 arasında değişmiştir. Bu durum, sistemin yeterli derecede havalandığının, diğer bir ifadeyle anaerobik ortam koşullarının oluşmadığının bir göstergesidir. Şekil 3. Farklı kompost karışım oranlarına göre ph daki değişim Farklı kompost karışımlarının kompostlama esnasındaki iletkenlik değerlerini değişimi Şekil 4 de verilmiştir. Karışımlardaki vinas oranı arttıkça başlangıç iletkenlik değeri artmıştır. İletkenliklerdeki değişimler, tuzların çözünme hızlarının değişmesinden kaynaklanabilmektedir. 4

5 Kompostun tuzluluk düzeyi, topraklarda meydana getireceği bileşenler ve bitkilere etkileri açısından çok önemlidir. Şekil 4. Farklı kompost karışım oranlarına göre EC deki değişim. Havalı kompostlaştırma süresince reaktörlerin sıcaklıkları bilgisayar kontrollü olarak ölçülmüş, elde edilen sonuçlar Şekil 5 de gösterilmiştir. Sıcaklık, prosesin bir fonksiyonu olup, kompostlaştırmada önemli rol oynamaktadır [9]. Şekil 5. Farklı kompost karışım oranlarına göre sıcaklık daki değişim. Kompost esnasında sıcaklığın yükselmesi mikroorganizmaların aktivitelerini belirleyen önemli bir faktördür. Her mikrobiyal tür sadece belirli sıcaklık aralığında büyüyebilir ve çoğu mikroorganizmalar çok yüksek sıcaklıklarda (70 o C) ölürler. Mezofilik organizmalar o C de aktivite gösterirken termofilik organizmalar bu sıcaklıklardan daha yüksek sıcaklıklarda (55 o C) faaliyet gösterirler. Bu çalışmada kompost kütlesindeki organik maddenin parçalanması ile reaktör sıcaklığı başlangıçta yükselmektedir. Daha sonra kullanılabilir organik madde miktarındaki azalma ile 5

6 mikrobiyal aktivite düşmekte ve sonuçta reaktör sıcaklıklarında düşüş görülmektedir. Şekil 5 te görüldüğü gibi biyolojik aktivite sonucu organik maddelerin parçalanması nedeniyle ortama yayılan ısı, % 11 Ç + % 89 V ve % 4 Ç + %96 V karışımlarının olduğu reaktördeki sıcaklıkların hızlı bir artışına sebep olmuş ve karışım sıcaklığı 50 o C seviyelerine kadar yükselmiştir. Bu çalışmada alınan önemli sonuçlar aşağıdaki gibi sıralanabilir: Organik katı atıkların bertarafında en etkili ve sürdürülebilir yöntem kompostlamadır. Kompost karışımlarındaki ayrışabilir organik maddelerin azalması ile TKM de % 10 30, UKM de % oranında azalma görülmüştür. Reaktörlerde ph=7 9 arasında değişmiştir. En iyi kompost karışım oranı %70 Arıtma Tesisi Çamuru ile %30 Vinas olarak bulunmuştur. Bu çalışma ile atık olan vinasın geri kazanılabileceği ve insanların yararı için kullanılabileceği gösterilmiştir. Bu şekilde depolama ihtiyacı da azalacaktır. Öneriler Elde edilen kompostun tarım alanlarına uygulanması, oluşan ürünün izlenmesi ve toprağın kimyasal özellikleri üzerindeki etkisinin incelenmesi, vinas kompostunun mineral gübre olarak değerini ortaya koyacaktır. Semboller TKM: Toplam Katı Madde, mgl -1 UKM: Uçucu Katı Madde, mgl -1 EC : Elektriksel İletkenlik, ds m -1 BOİ: Biyolojik Oksijen İhtiyacı, mgl -1 V: Vinas Ç: Arıtma Çamuru Teşekkür Bu çalışma Kocaeli Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Birimi (BAP Proje No: 2007/075) tarafından desteklenmiştir. Kaynaklar 1. Madejón, E., López, R., Murillo, J.M., Cabrera, F., Agricultural Use of Three (Sugar-Beet) Vinasse Composts: Effect on Crops and Chemical Properties of A Cambisol Soil in The Guadalquivir River Valley (SW Spain), Agriculture, Ecosystems and Environment, 84, 55 65,2001a. 2. Diaz, M.J., Madejón, E., López, F., López, R., Cabrera F., Composting of Vinasse and Cotton Gin Waste by Using Two Different Systems, Resources, Conservation and Recycling, 34, , Murillo J.M., Cabrera F., López R., Effect of Beet Vinasse on Germination and Seedling Performance of Ryegrass (Lolium multiflorum Lam cv. Barwoltra), J Sci Food Agric, 61,155 60,

7 4. Diaz, M.J., Eugenio, M.E., Jiménez, L., Madejón, E., Cabrera, F., Modelling Vinasse/Cotton Waste Ratio İncubation for Optimum Composting, Chemical Engineering Journal, 93, , Madejón, E., López, R., Murillo, J.M., Cabrera, F., Agricultural Use of Three (Sugar-Beet) Vinasse Composts: Effect on Crops and Chemical Properties of a Cambisol Soil in the Guadalquivir River Valley (SW Spain), Agriculture, Ecosystems and Environment, 84, b. 6. APHA (American Public Health Association), Standar Methods for the Examination of Water and Wastewater, APHA, Washington, DC, Tejada, M., Moreno, J.L., Hernandez, M.T., Garcia, C., Application of Two Beet Vinasse Forms in Soil Restoration: Effects on Soil Properties in An Arid Environment in Southern Spain, Agriculture, Ecosystems and Environment, 119, , Diaz, M.J., Madejón, E., López, F., López, R., Cabrera F., Optimization of the Rate Vinasse/Grape Marc for Co-Composting Process, Process Biochemistry, 37, , Iyengar, S.R., Bhave,P.P., In-vessel Composting of Household Wastes, Waste Management, 26, ,