ÇEVKOR (Çevre Koruma Vakfı) Yayınları, 2008, İzmir.

Transkript

1 ÇEVKOR (Çevre Koruma Vakfı) Yayınları, 2008, İzmir.

2 İÇİNDEKİLER 1-Anaerobik Mikrobiyoloji ve Substratların Özellikleri 1.1. Giriş 1.2. Biyogaz Üretiminin Tarihsel Gelişimi 1.3. Mikrobiyoloji 1.4. Stokiyometri 1.5. Biyogaz Üretim Prosesini Etkileyen Faktörler Sıcaklık ph Toksisite 1.6. Atıkların Sınıflandırılması ve Karakterizasyonu Tarımsal Atıklar Arıtma Çamuru Hayvan Yan Ürünleri Evsel Atıklar Endüstriyel Atıklar 2- Organik Atıklardan Biyogaz Üretimi 2.1. Giriş 2.2. Çiftlik Tipi Çürütücüler ve Biyogaz Üretimi 2.3. Çiftlik Tipi Biyogaz Tesislerinin Tasarımı 2.4. Çiftlik Tipi Anaerobik Çürütücülerin Dünya daki Uygulamaları 2.5. Arıtma Çamurlarının Çürütülmesi 2.6. Danimarka Çiftlik Tipi ve Merkezi Biyogaz Tesisleri 2.7. Anaerobik Çürütmenin Optimizasyonu Atığın Biyoparçalanabilirliğinin Arttırılması Farklı Substratların Yanyana (co-digestion) Biyogaz Üretiminde Kullanılması Reaktör Konfigürasyonlarının Optimizasyonu

3 Proses Kontrolün Optimize Edilmesi Mikrobiyal Proseslerin ve Etkinliklerinin Arttırılması 2.8. Anaerobik Çürütücü Çıkışının Kalitesinin Optimize Edilmesi 2.9. Türkiye nin Biyogaz Üretim Potansiyeli Avrupa nın Biyogaz Üretim Potansiyeli 3-Endüstriyel Atıksuların Anaerobik Arıtımı ve Biyogaz Üretimi 3.1. Giriş 3.2. Serbest Hücrelere Karşı Granül ve Biyofilm Sistemleri Granülasyon Biyofilm 3.3. Mühendislik Yaklaşımı ve Reaktör Teknolojisindeki Gelişmeler Anaerobik Lagün Tam Karıştırmalı Sürekli Reaktörler (CSTR) ve Kontak Reaktörleri Yukarı Akışlı Anaerobik Çamur Yatak (UASB) ve Genleşmeli Granül Çamur Yatak (EGSB) Reaktörleri UASB Reaktörlerinin Tasarımı Membrane Reaktörleri Biyofilm Reaktörleri Akışkan Yatak Reaktörleri Anaerobik Filtreler Hibrid Reaktörler 3.4. Anaerobik-Aerobik Proseslerin Ekonomik Kıyaslanması 3.5. Anaerobik Biyoteknolojinin Türkiye deki Durumu ve Potansiyel Uygulamaları 3.6. Dünya da Endüstriyel Anaerobik Arıtmanın Durumu 4- Anaerobik Reaktör Çıkışının Arıtılması: Azot Giderimi 4.1. Giriş 4.2. Azot Giderimi Proses Teknolojisi Nitrit Yoluyla Azot Giderimi

4 Anaerobik Amonyum Oksidasyonu (Anammox) CANON NO x Prosesi OLAND Aerobik Deamonifikasyon Azot ve Kükürt Metabolizmalarının Etkileşimi 4.3. Reaktör Teknolojisi Klasik Aktif Çamur Prosesi Bioaugmentation Biyofilm Reaktörleri Geleneksel Biyofilm Reaktörleri Sızıntılı Akış Filtreleri Döner Disk Biyolojik Kontaktörler Submerged Biofiltreler Hareketli Yatak Reaktörleri Yeni Biyoreaktörler 4.4. Amonyumun Geri Kazanılması Akışkan Yatak Reaktörleri Hava Kaldırmalı Süspansiyon Reaktörü PEGASUS : Klasik Aktif Çamur Prosesinin Biyofilm Reaktörleri ile İyileştirilmesi BIOL IFT Prosesi Membran Reaktörleri Amonyumun Struvit Olarak Geri Kazanılması Sıyırma 4.5. Azot Giderim Proseslerinin Ekonomik Değerlendirilmesi 5-Sülfatlı Atıkların Anaerobik Arıtımı 5.1. Giriş

5 5.2. Sülfidojenik Reaktörlerde Sulfat İndirgeyen Bakterilerle (SRB) Metanojenik Bakteriler (MB) Arasındaki Rekabetin Termodinamik ve Kinetiği 5.3. Sülfatlı Atıksuların Anaerobik Arıtımının Teknolojik Yönleri 5.4. Metallerin Kükürt Çevrimindeki Bakteriler Üzerine Etkisi ve Sülfat İndirgeyen Bakteriler ile Metallerin Uzaklaştırılması Biyolojik Prosesler 6-Anaerobik Reaktörlerin İzlenmesi ve Kontrolü 6.1. Giriş 6.2. Anaerobik Reaktörlerin İzlenmesi Biyogaz Üretimi Biyogaz Kompozisyonu ph Alkalinite veya Tamponlama Gücü Uçucu Yağ Asitleri (VFA) Hidrojen Organik Maddenin Ölçümü 6.3. Anaerobik Reaktörlerin Kontrolü Manipule Edilebilen Değişkenler Bozucu Etkiler Proses Kontrol 7-Biyogazın Arıtılması 7.1. Giriş 7.2. CO 2 in Giderilmesi CO 2 in Çözeltilerle Yıkanarak Biyogazdan Uzaklaştırılması Moleküler Elekler Membran Separasyonu Membranlarla Yüksek Basınçlı Gaz Separasyonu Gaz-Sıvı Absorbsiyon Membranları

6 7.3. Halojenli Hidrokarbonların Uzaklaştırılması 7.4. Organik Silikon Bileşiklerinin (Siloxane) Giderilmesi 7.5. Hidrojen Sülfürün Giderilmesi H 2 S in Fizikokimyasal Proseslerle Arıtılması Alkanolamin Prosesi Hidrojen Sülfürün Aktif Karbon ile Uzaklaştırılması H 2 S in Hipoklorit ile Oksidasyonu Demir Talaşı Filtresi Yöntemi Sıvı Bazlı Rejenere Edilemeyen Prosesler: Fe 2 O 3 Yöntemi Sıvı Redoks Prosesleri Diğer Sıvı Redoks Prosesleri Biyoteknolojik Prosesler Sülfid Oksidasyonunun Mikrobiyolojisi Renksiz Kükürt Bakterisi ile Sülfid Giderilmesi Biyolojik Demir Oksidasyonunun Kinetiği Biyolojik Demir Oksidasyonu ile Sülfid Giderimi Sülfidin Thiobacilli ile Biyolojik Oksidasyonu H 2 S Giderim Teknolojilerin Değerlendirilmesi 8-Organik Atıklardan Fermentasyon Yoluyla Biyohidrojen Üretimi 8.1. Giriş 8.2. Heterotrofik Fermentasyon 8.3. Substratlar 8.4. Proses Koşulları 8.5. Biyohidrojen Üretimi ve Anaerobik Arıtmanın Birleştirilmesi 8.6. Fotofermentasyon 8.7. Scale-up 9-Organik Atıklardan Biyoplastik Üretimi 9.1. Giriş

7 9.2. PHA 9.3. Proses Teknolojisi 10-Anaerobik Biyoteknolojinin Geleceği Giriş Sıcaklık ve Tuzun Etkisi Kademeli Anaerobik Arıtma Yeni Reaktörler Yeni Uygulama Alanları: (Petro)Kimya Endüstrisi Evsel ve Düşük KOI li Atıksuların Anaerobik Arıtımı ÖNSÖZ Dünya petrol üretiminin 2010 yılı civarında maksimuma ulaşacağı ve bu tarihten sonra mevcut petrol fiyatlarının daha da artacağı iddia edilmektedir. Enerji ihtiyacını karşılamak için 1800 yeni nükleer reaktöre ihtiyaç olduğu, fakat bu kadar reaktörü inşa etmenin en az 50 yıl alacağı belirtilmektedir (Bockris, 2007). Günümüzde, fosil yakıtlara aşırı bağımlılık, atmosferde sera gazlarının birikmesi ve bunun sonucu küresel ısınma ve enerji ihtiyacı dışa bağlı ülkelerin karşı karşıya bulunduğu ekonomik ve siyasal sorunlar, pekçok ülkeyi alternatif ve yenilenebilir kaynaklara yöneltmektedir. Ayrıca, küresel ısınma ve muhtemel etkileri konusundaki tartışmaların dozu gittikçe artmaktadır. Bunun en temel sebebi olarak, fosil yakıtların yoğun olarak kullanılması ve oluşan CO 2 in atmosferde birikmesi gösterilmektedir. Kişi başına üretilen CO 2 ülkelerin gelişmişlik düzeyi ile ilgilidir. Örneğin Amerika Birleşik Devletleri nde kişi başına üretilen CO ton iken, Dünya ortalaması 3.9 ton ve gelişmekte olan ülkelerde ise bu rakam 1.8 tondur. Evsel ve endüstriyel kökenli organik atıklar böyle bir potansiyeli oluşturmaktadır. Modern toplumların kişi başına ürettiği atık miktarı ve bunların yarattığı çevre sorunları gittikçe artmaktadır (Buncombe, 2006). Bunu önlemenin bir yolu, mevcut tüketim alışkanlıklarını değiştirerek atık miktarını kaynağında kesmek veya çıkan atıkları tekrar değerlendirerek doğal hammaddelere olan ihtiyacı azaltmaktır.

8 Organik atıklardan yararlanmanın yollarından biri atıkları biyogaza dönüştürmektir. Ülkemizde biyogaz teknolojisi hala çok iyi bilinmemektedir. Son yıllarda endüstriyel atıklardan biyogaz üretimine olan ilgi gittikçe artmaktadır. Fakat evsel ve çiftlik tipi biyogaz tesislerine ilgi neredeyse yok denecek kadar azdır. Bu ilginin tekrar canladırılması önem kazanmaktadır. Pekçok gelişmiş ülke, atıklarıyla başetmek için bu alana yoğun ilgi göstermektedir. Atıkların, hiçbir işlem görmeden gömülmemesi için yasal önlemler getirilirken, geri kazanma yönündeki çabalara maddi teşvikler verilmektedir. Bu kitapta bütün bu konular temel prensipler ve Dünya da ve Türkiye deki eğilimler açısından ele alınmıştır. Kitabın hazırlanması sırasında pekçok kişinin katkıları vardır. Eyüp Doğan Okkır kitabın kapak tasarımını gerçekleştirmiştir. U. Yüzgeç çok sayıda literatüre ulaşmamda katkıda bulunmuştur. Prof. İzzet Öztürk (İTÜ) ve Ahmet Başpınar kitabı okuyup yapıcı eleştrileriyle katkıda bulunmuştur. Başta Anne ve Babam olmak üzere tüm aile fertlerime şükran borçluyum. Doç. Dr. Mustafa Türker, Kocaeli Semboller A : Reaktör Kesit Alanı (m 2 ) ABR : Anaerobik Perdeli (Buffled) Reaktör ACR : Anaerobik Kontak Reaktörü (Anaerobic Contact Reactor) AF : Anaerobik Filtre AMD : Asidik Maden Drenaj Suları (Acidic Mine Drainage) Bed) BOİ : Biyolojik Oksijen İhtiyacı BTR : Biyogaz Kule Reaktörü (Biogas Tower Reactor) Co : Oksijen Derişimi Cs : Sülfid Derişimi CSTR : Tam Karıştırmalı Tank Reaktör D : Seyrelme Hızı (gün -1, Dilution Rate) D : Granül Çapı EGSB : Genleşmeli Granüler Çamur Yatağı (Expanded Granuler Sludge F biyogaz : Biyogaz debisi (m 3 /gün) g : Yerçekimi İvmesi (m/s 2 ) GPR : Biyogaz Üretim Hızı (m 3 biyogaz/m 3 reaktör hacmi gün) HRT : Hidrolik Bekleme Süresi (gün) IC : İçten Karıştırmalı Reaktör (Internal Circulation) K a : Ayrışma Sabiti k d : Ölme Sabiti (gün -1 )

9 KOİ : Kimyasal Oksijen İhtiyacı MLSS : Askıda Katı Madde (Mixed Liquor Suspended Solids) OFMSW : Kaynağında Ayrılmış Evsel Organik Atık (Organic Fraction of Municipal Solid Waste) OLR : Organik Yükleme Hızı (kgvs/m 3 gün, Organic Loading Rate) P x : Çamur Üretim Hızı (kgvss/gün) Q : Atık Debisi (m 3 /gün) S 0 : Besleme Substrat Derişimi (kgkoi/m 3 ) SGP : Özgül Biyogaz Üretimi (m 3 biyogaz/kgvs) Sludge Bed) SRB : Sülfat İndirgeyen Bakteri (Sulfate Reducing Bacteria) SRT : Katıların Alıkonma Süresi (Sludge Retention Time, gün) TDS : Toplam Kuru Madde (Total Dry Solids) TS : Toplam Katı Madde (Total Solids) TSS : Toplam Suspended Solids (Total Suspended Solids) UASB : Yukarı Akışlı Anaerobik Çamur Yatağı (Upflow Anaerobic V d : Askıda Uçucu Katı Maddedeki Azalma (%) VFA : Uçucu Yağ Asitleri (Volatile Fatty Acids) V reaktör : Reaktör Hacmi (m 3 ) VS : Uçucu Katı Madde (Volatile Solids) v s : Çökme (Settling) Hızı VSS : Uçucu Askıda Katı Madde (Volatile Suspended Solids) Y X/S : Verim (kgvss/kgkoi) η : Vizkozite ρ : Yoğunluk