ZEYTİN KARASUYU ARITIMI PROJESİ:

Transkript

1 T.C. DOKUZ EYLÜL ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ÇEVRE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ ZEYTİN KARASUYU ARITIMI PROJESİ: EBSO PROJESİ KAPSAMINDAKİ ZEYTİNYAĞI İŞLETMELERİ İÇİN DURUM TESPİTİ, KARASU KARAKTERİZASYONU, KARASU ARITILABİLİRLİK ÇALIŞMALARI VE SONUÇLARI KASIM, 2003 İZMİR

2 PROJE TEKNİK KADROSU, Prof. Dr. Füsun ŞENGÜL Prof. Dr. Adem ÖZER Çev.Yük. Müh. Ebru Çokay ÇATALKAYA Çev.Yük. Müh. Ezgi OKTAV Çev. Müh. Hüseyin EVCİL Sağ. Tekn. Orhan ÇOLAK Tekn. Yılmaz SAĞER DEÜ Çevre Mühendisliği Bölümü DEÜ Çevre Mühendisliği Bölümü DEÜ Çevre Mühendisliği Bölümü DEÜ Çevre Mühendisliği Bölümü DEÜ Çevre Mühendisliği Bölümü DEÜ Çevre Mühendisliği Bölümü DEÜ Çevre Mühendisliği Bölümü

3 İÇİNDEKİLER BÖLÜM 1 GİRİŞ 1 Projenin Tanıtımı 1 Genel Hususlar 1 SEKTÖRDE FAALİYETTE BULUNAN KURULUŞLAR Türkiye'de Zeytin ve Zeytinyağı Üretimi Tariş 4 Marmara Zeytin Tarım Satış 4 Kooperatifleri Birliği (Marmarabirlik) Özel Sektör 4 BÖLÜM 2 5 ZEYTİNYAĞI ÜRETİM PROSESLERİ VE 5 ÜRETİM PROSESİNE BAĞLI OLARAK OLUŞAN KARASUYUN KİRLİLİK KARAKTERİSTİKLERİ Zeytinyağı Üretim Prosesleri ve 5 Kirleticilik Potansiyelleri Kesikli Üretim Prosesi (Geleneksel 5 Presleme Prosesi) Sürekli Üretim Prosesi 6 Süzme Prosesi 6 Zeytinyağı Üretimi Atıksularının 10 Kirlilik Özellikleri BÖLÜM 3 13 ZEYTİNYAĞI ÜRETİMİ ATIKSULARININ (KARASUYUN) ArıtımıNDA, BERTARAF EDİLMESİNDE ve DEĞERLENDİRİLMESİNDE UYGULANAN YÖNTEMLER Genel 13 Karasuyun Arıtımında, Bertaraf 13 Edilmesinde ve Değerlendirilmesinde Uygulanan Yöntemler Karasuyun Fiziksel Yöntemlerle 14 Arıtımı Karasuyun Fizikokimyasal Yöntemlerle 14 Arıtımı Kimyasal Çökeltim 14 Kimyasal Oksidasyon 14 Karasuyun Adsorpsiyon Yöntemi İle 15 Arıtımı Karasuyun Sulama ve Gübre Amaçlı 15 Kullanımı

4 KARASUYUN ARITIMINDA KULLANILAN YÖNTEMLERİN MALİYET ANALİZLERİ Karasuyun Biyolojik Yöntemlerle Arıtımı Anaerobik Biyolojik Prosesler ile Arıtmada, Gerekli Reaktör Hacimlerinin Fizibilitesi ve Çıkan Çamur Sorununun İrdelenmesi Buharlaştırma, Hidroliz, Oksidasyon, Ultrafiltrasyon (EHO) Yöntemi Membran Filtrasyon Prosesi Elektroliz Yöntemi 21 Vakumlu Buharlaştırma (Evaporasyon) 22 Metodu Karasuyun Doğal Yolla 23 Buharlaştırılması (Lagünlerde Buharlaştırma) Karasuyun Distilasyon Yöntemi ile 24 Arıtımı Kompostlaştırma Karasu Arıtımında Kullanılan Diğer Yöntemler BÖLÜM 4 30 BU PROJE KAPSAMINDA YAPILAN 30 DURUM TESPİTİ ÇALIŞMASI VE SONUÇLARI BÖLÜM 5 69 ZEYTİNYAĞI ÜRETİMİNDEN OLUŞAN 69 KARASULARIN KARAKTERİZASYONU, UYGULANAN ARITILABİLİRLİK DENEMELERİ VE SONUÇLARI Zeytinyağı Üretiminden Oluşan 69 Karasuların Karakterizasyonu KARASU NUMUNELERİ İLE YAPILAN ARITILABİLİRLİK DENEMELERİ VE SONUÇLARI 69 Kimyasal Ön Arıtım 69 Fenton Reaktifi ile Oksidasyon 69 Distilasyon İşlemi 72

5 ARITILABİLİRLİK DENEMELERİ Belevi Zeytinyağı İşletmesinden Alınan I Numaralı Karasu Numunesi İle Yapılan Arıtılabilirlik Denemeleri Belevi Zeytinyağı İşletmesinden Alınan II Numaralı Numune İle Yapılan Arıtılabilirlik Denemeleri BÖLÜM 6 74 SONUÇLAR 74 BÖLÜM 7 78 ÖNERİLER 78 Önerilen Pilot Tesisler 86 Pilot Tesis 1 86 Pilot Tesis 2 87 KAYNAKLAR 88

6 ZEYTİN KARASUYU PROJESİ KAPSAMINDA YAPILAN DURUM TESPİTİ, ATIKSU (KARASU) KARAKTERİZASYONU VE ARITILABİLİRLİK ÇALIŞMALARI VE SONUÇLARI Projenin Tanıtımı BÖLÜM 1 GİRİŞ Ege Bölgesi Sanayi Odası ile, Dokuz Eylül Üniversitesi, Çevre Uygulama ve Araştırma Merkezi arasında 15 Kasım 2002 de imzalanan protokol gereği olarak, Ege Bölgesi nde zeytinyağı üretim sektöründe çalışan büyük, orta ve küçük ölçekli işletmelerin listesi Ege Bölgesi Sanayi Odasından ve İzmir Ticaret Odasından temin edilmiş, değişik bölgelerdeki işletmeler ziyaret edilerek yerinde anket çalışması, proses tespiti ve karasu numune alma çalışmaları Kasım 2002 den başlayarak Mart 2003 sonuna kadar devam etmiştir. İzmir, Bornova da yerleşik bulunan Günizi Belevi Zeytinyağı İşletmesinden değişik zamanlarda zeytin karasuyu numuneleri alınmış ve bu atıksu numuneleri ile laboratuvarda arıtılabilirlik çalışmaları yürütülmüştür. Bu çalışmalar halen devam etmektedir ve Şubat-Mart 2003 te de devam edecektir. Bu proje raporu kapsamında, zeytinden zeytinyağı üretilirken uygulanan kesikli ve sürekli üretim proseslerine ilişkin üretim akım şemaları verilmekte, üretim sonrası oluşan atıksular miktar ve kirlilik karakteristikleri açısından tanımlanmakta ve birbirleri ile kıyaslanmaktadır. Son yıllarda zeytinyağı üreticisi Akdeniz ülkelerinde karasuyun arıtım güçlüğü gözönüne alınarak, değerlendirilmesi yoluna gidilmektedir. Zeytinyağı üretimi atıksularının arıtımı ve değerlendirilmesi konusunda yapılan bu çalışmalar da bu rapor kapsamında sunulmaktadır. Ayrıca bu raporda; karasuyun arıtımı için çeşitli ülkelerde yapılan arıtılabilirlik çalışmaları ve halihazırda uygulanmakta olan yöntemler sunulmakta, iki fazlı ve üç fazlı üretim sistemlerine özgü ve ülkemiz koşullarında uygulanabilir arıtma alternatifleri tartışılmaktadır. Bu proje raporu kapsamında, karasuyun çalışmasında proses atıksularının fiziksel, kimyasal ve fizikokimyasal yöntemlerle arıtabilirliği araştırılmıştır. Durum tespiti çalışmasının verileri, atıksu karakterizasyonu sonuçları ve arıtılabilirlik çalışmalarının deneysel bulguları ve tüm sonuçların değerlendirilmesi bu rapor kapsamında sunulmaktadır. Genel Hususlar Dünya zeytinyağı üretiminde İspanya, İtalya, Yunanistan gibi Akdeniz ülkeleri başı çekmektedir. Ancak, üretim prosesi sonrasında açığa çıkan ve yüksek kirletici özelliklerine sahip olan atıksu (karasu), bu ülkeler için acilen çözümü gereken bir sorundur. Karasu; organik madde, askıda katı madde, yağ ve gres içeriği oldukça yüksek olan bir atıktır. Bu nedenle, karasuyun arıtımı ve bertaraf edilmesi, önemli çevre problemleri arasında yer almaktadır. Yüksek kirlilik içeren karasuyun arıtımı için pek çok arıtma yöntemi geliştirilmiş ve denenmiştir. Karasuyun çevreye verilecek seviyeye gelene kadar birkaç kademeden oluşan, hem fiziksel-kimyasal, hem de biyolojik arıtma ünitelerinden ve proseslerinden geçirilmesi gerekmektedir. 1

7 Zeytinyağı üretiminde bir yan ürün olarak ortaya çıkan "karasu" zeytinden zeytinyağı elde etme esnasında oluşan bir üründür. Bileşimi, içerisindeki yağ ve etrafa yaydığı koku sebebiyle çevre açısından önemli bir kirlilik potansiyeli oluşturmaktadır. Bu karasuların bilinçsizce göl, akarsu ve denizlere verilmesi (deşarjı), çevreye son derece zararlıdır. AB'de üzerinde durulan önemli konuların başında çevrenin korunması gelmektedir. Bu nedenle zeytinyağı üretimi sırasında oluşan karasuyun ve pirinanın çevreyi kirletmeden arıtımı ve bertarafı Türkiye açısından çok önemli bir problem oluşturmaktadır. Türkiye nin AB deki zeytinyağı üreticisi ülkelerle rekabetinde gelecekte büyük bir engel teşkil edecektir. Akdeniz ve Ege Bölgesinde varolmuş tüm medeniyetlerde zeytin ağacının izleri bulunmaktadır. Zeytin ağacı zahmetli büyümekle birlikte, uzun ömürlü bir ağaç olup, olgun bir zeytin ağacından kg. zeytin elde edilmektedir. Ortalama 5 kg.zeytinden 1 lt. zeytinyağı çıkarıldığı düşünülürse, 1 zeytin ağacı yılda ortalama 3 lt. ya da 4 lt. zeytinyağı üretebilmektedir. En fazla yağ içeren meyvelerden biri olan zeytin, ağırlığının %20-30'u kadar yağ içermektedir. Ekim alanının kuzey veya güney yarım kürenin hangi bölgesinde olduğuna bağlı olarak, zeytin ağacının çiçek verme mevsimi Nisan ile Haziran aylarına rastlamaktadır. Yeşil zeytinler, Ağustos sonundan Kasım başına kadar ki süre içinde olgunlaşır; Kasım ile Mart ayları arasındaki dönem ise zeytinin hasat mevsimidir (İTO RAPORU,2001). Zeytinyağı endüstrisi atıksuları (karasu), İtalya, İspanya, Yunanistan gibi Akdeniz ülkelerinde yüzyıllardan beri önemli bir kirlilik kaynağı olmuştur. Ancak, üretimin son 35 yılda önemli ölçüde artması, üretim yapılan işletmelerin küçük ve üretim yapılan bölgelerin her yanına dağılmış durumda olması, atıksuların direk olarak toprağa veya yeraltı suyuna boşaltılması nedeniyle çevresel etkileri son yıllarda ön plana çıkmıştır. Bu nedenle, günümüzde karasuyun arıtımına verilen önem, geçmişe göre giderek artmıştır (Rozzi&Malpei, 1996). Üretim sonrasında açığa çıkan karasuyun organik madde, askıda katı madde, yağ ve gres içeriği oldukça yüksektir. (Şengül ve diğerleri, 2000). Zeytinyağı üretiminde kesikli (pres) ve sürekli (santrifüj) olmak üzere iki farklı yöntem kullanılmaktadır. Her iki yöntemde de üretim sonucunda pirina ve karasu gibi iki yan ürün oluşmaktadır (Oktav ve diğerleri, 2001). Sıvı atık olarak açığa çıkan karasuyun konsantrasyonu, üretim prosesine ve işletim koşullarına bağlı olarak büyük değişimler göstermektedir. Genellikle zeytinyağı üretimi sırasında açığa çıkan atıksu miktarı m 3 /ton zeytin olmaktadır. Karasuyun arıtımında yaşanan güçlüklerin en önemli nedenleri; bu suyun yüksek organik madde ve polifenoller gibi toksik maddeleri içermesi, sezonluk üretim yapılması ve bir üretim sezonunun 3-4 ay kadar sürmesidir. Karasuyun yapısında bulunan organik bileşiklerin başında şeker, azot bileşikleri, uçucu asitler, polialkoller, pektin, yağ, polifenoller, karasuya koyu rengi veren taninler bulunmaktadır (Rozzi&Malpei, 1996). Türkiye'de Zeytin ve Zeytinyağı Üretimi Ülkemiz zeytinciliği 0.8 milyon hektarlık zeytin arazisi, 95 milyon zeytin ağacı ile önemli bir tarım, sanayi, ticaret ve istihdam alanıdır. Türkiye bulunduğu coğrafi konum ve Akdeniz iklimi özellikleriyle İspanya, İtalya, Yunanistan ve Tunus gibi diğer Akdeniz ülkeleriyle birlikte dünyanın önde gelen zeytin ve zeytinyağı üreticilerindendir. Türkiye dünya sofralık zeytin üretiminde ikinci, yağlık zeytin ile zeytinyağı üretiminde ise 4. büyük üretici konumundadır. Zeytin ve zeytinyağı üretimi daha çok Ege ve Marmara 2

8 bölgesinde gerçekleşmektedir. Aydın, İzmir, Muğla, Balıkesir, Manisa ve Çanakkale üretimin gerçekleştiği başlıca illerimizdir. Balıkesir ili adet zeytin ağacı ile ülkemiz zeytin ağacı varlığının %11.7'sine sahiptir. Türkiye zeytin dane üretiminin %17.8'i ve zeytin yağı üretiminin %17.9'u bu ilimizde üretilmektedir. Türkiye'de zeytin yetiştiriciliğinin 35 ilde yapıldığı göz önüne alınırsa, Balıkesir'in zeytin dane ve zeytinyağı üretiminde rolü ve ekonomiye katkısı son derece önemlidir. Dünyanın sayılı sofralık zeytinlerinden biri olan Gemlik zeytini de Balıkesir ilimizin Erdek ve Bandırma ilçelerinde yetiştirilmektedir. Ülkemizde her yıl üretilip dikimi yapılan yaklaşık adet zeytin fidanının %95'ini Gemlik çeşidi %5'ini de Ayvalık, Yağ Çelebi, Domat vs. oluşturmaktadır. Sektörde büyük çoğunluğu klasik sistemle üretim yapan küçük ölçekli ve dağınık 813 adet yağhane bulunmaktadır. Son yıllarda yağhanelerin kapasitelerinin artması ve modernleşmesi ile "kontinü sistemle" çalışan yağhanelerin sayısında artış görülmüştür yılında kontinü sistemle çalışan 1 yağhane mevcut iken 1996 yılında bu sayı 154 olmuş ve 1998/99 sezonu itibariyle de 400'e ulaşmıştır. DİE'nin 1999 yılı verilerine göre ülkemizde mevcut 95.5 milyon zeytin ağacının 87.1 milyon adedi meyve veren yaşta bulunmaktadır. Bu rakam, dünyadaki zeytin ağacı sayısının yaklaşık %10'una karşılık gelmektedir. Toplam zeytin üretiminin yıllar itibariyle ortalama %30'unun sofralık için ayrıldığı, %70'inin de zeytinyağı üretimi için kullanıldığı görülmektedir. Buna paralel olarak son yıllarda zeytin fidanı üretimi de artmaktadır. Zeytin ağacının özelliğinden kaynaklanan periyodisiteden dolayı zeytin üretimi yıllara göre inişli çıkışlı bir grafik izlemekte ve üretime bağlı olarak bir yıl düşük (yok yılı) bir yıl yüksek (var yılı) ürün alınmaktadır yılına kadar kuraklık ve don zararı gibi iklim etkilerinin yanısıra ekonomik sebepler nedeniyle üretim düşük seyretmiştir. Ancak son beş sezonda iklim koşullarının düzelmesi, yeni zeytin fidanlarının dikimi ve üreticinin zeytin üretimine özendirilmesi ile birlikte uygun bakım, hasat ve sulama konusunda eğitilmesine yönelik çalışmalar zeytin üretiminin artmasına sebep olmaktadır. Zeytin ağacında görülen periyodisiteden doğal olarak zeytinyağı üretimi de etkilenmektedir. Zeytinyağı üretiminde büyük yükseliş ve düşüşler olmasına rağmen var ve yok yılları ayrı ayrı incelendiğinde üretimde son beş yıldır artış gözlenmektedir. Yeni teknolojiyle donatılmış, rafine zeytinyağı işleme ve zeytin sıkma tesislerinin devreye girmesi ile üretimde ve kalitede artış sağlanmıştır. 1990/ /1995 döneminde ortalama 81 bin ton olan zeytinyağı üretimi 1995/ /2000 döneminde ortalama 100 bin ton olarak gerçekleşmiştir. İzmir Ticaret Borsası'nın Ege Bölgesi 1999/2000 sezonu Zeytin ve Zeytinyağı Rekolte Tahmin Raporunda; bir önceki yılın var yılı olması, hasat sezonu sürekli yağan yağmurların etkisi, hasadın Nisan-Mayıs aylarına sarkması ve çoğunlukla sırıkla hasat uygulaması sebebiyle 1999/2000 sezonunda düşük bir ürün rekoltesi gerçekleşeceği doğrultusunda bir tahmin yapılmıştır. Bu olumsuz durumdan en fazla etkilenen illerimizin ise İzmir, Aydın ve Muğla olacağı belirtilmiştir. 3

9 Uluslararası Zeytinyağı Konseyi'nin yok sezonu olan 2000/2001 sezonunda Türkiye için zeytinyağı üretim tahmini ise 180 bin tondur. SEKTÖRDE FAALİYETTE BULUNAN KURULUŞLAR Tariş TARİŞ İncir, Üzüm, Pamuk, Zeytin ve Zeytinyağı Tarım Satış Kooperatifleri; Ege Bölgesi'nde bulunan 128 tarım kooperatifinin 37'sinde kooperatifinde zeytinyağı alımı yapmaktadır. Yağ işlemeciliğini yüksek teknolojiden yararlanarak gerçekleştiren TARİŞ Türkiye'nin ilk ve en büyük kooperatif kuruluşudur. TARİŞ Zeytin ve Zeytinyağı Birliği'nde ayrıca prina işleme tesisi de üretime başlamıştır. Ağırlıklı olarak sabun üretiminde kullanılan prinadan ayrıca artıklarının kurutulup yakıta dönüştürülmesi şeklinde de yararlanılmaktadır. 26 bin üretici ortağı bulunan TARİŞ Zeytin ve Zeytinyağı Birliği Çanakkale'den Muğla'ya 7 ilde alım yapmaktadır. İç ve dış piyasada önemli yeri bulunan TARİŞ ürünleri TSE garantisi altında tüketiciye sunulmaktadır ((İTO RAPORU,2001). Marmara Zeytin Tarım Satış Kooperatifleri Birliği (Marmarabirlik) Marmarabirlik, siyah zeytin piyasasına ve Türk zeytinciliğine yön veren en büyük zeytin üretici kuruluştur. Marmarabirlik'in ürünleri arasında çeşitli zeytinler, zeytin ezmesi ve zeytinyağı yer almaktadır. Marmarabirlik zeytinyağları, Natürel Sızma, Natürel Riviera yemeklik çeşitleriyle sağlıklı beslenmenin lezzetli çeşitlerini tüketicilere sunmaktadır. Marmarabirlik bayilik sistemi ile satış yapmakta olup, satışlarını, yurtiçinde 88 bayii ve 10 perakende satış mağazası ile yurtdışında ise 3 satıcı firma aracılığı ile yürütmektedir. Özel Sektör Zeytinyağı yatırımlarının artmasıyla birlikte yeni markalar piyasaya girmektedir. Girişimciler ilgilerini zeytinyağına yöneltmiş olup, girişimcilerin başını da Egeli firmalar çekmektedir. 4

10 BÖLÜM 2 ZEYTİNYAĞI ÜRETİM PROSESLERİ VE ÜRETİM PROSESİNE BAĞLI OLARAK OLUŞAN KARASUYUN KİRLİLİK KARAKTERİSTİKLERİ Zeytinyağı Üretim Prosesleri ve Kirleticilik Potansiyelleri Günümüzde zeytinyağı üretiminde çeşitli ülkelerde kullanılan yöntemler; kesikli (geleneksel pres) üretim prosesi ile sürekli üretim prosesleri (3-fazlı üretim prosesi ve 2-fazlı üretim prosesi) ve süzme prosesi olarak sıralanabilir (Improlive, 2002). Şekil 1 de zeytinyağı üretim prosesleri verilmiştir (Şengül ve diğerleri, 2000). Şekil 1. Zeytinyağı üretiminde kullanılan proseslerin akım şemaları Kesikli Üretim Prosesi (Geleneksel Presleme Prosesi) Geleneksel üretim prosesidir. Bu yöntemde yağ, hidrolik presler kullanılarak çıkartılır (Şengül, 1991). Presleme prosesinde zeytinler, su ile yıkanır, ezilerek öğütülür ve su ilavesi ile yoğrulur. Elde edilen hamur daha sonra preslenerek, yağı ve vejetasyon suyu (karasu) ayrılır. Son olarak ta, düşey santrifüj veya dekantörlerle yağ ve su kısmı ayrılır. Katı faz ise pirina olarak elde edilir (Demichelli&Bontoux, 1996). Pres prosesinde oluşan atıksuyun BOİ 5 konsantrasyonu g/l, KOİ konsantrasyonu g/l, ph değeri arasında değişmektedir. Zeytinyağı üretimi yapan çoğu ülkede bu atıksular yaz aylarında yapay sızdırma tanklarında depolanmakta, böylece buharlaşması veya sızdırılması sağlanmaktadır. Sonuçta oluşan katı kısmın nem içeriği %25, yağ içeriği %6 civarındadır. Bu kısım sıcak hava tanklarında veya açık tanklarda kurutulmaktadır. Katı kısımda bulunan yağ, hekzan ile serbest hale getirilmektedir. Bu prosesten kalan katı kısım yakıt olarak kullanılarak, proseste kullanılan suyun ısıtılması sağlanabilir (Improlive, 2002). 5

11 Sürekli Üretim Prosesi Bu üretim prosesi, yağın santrifüjlenerek ayrılması esasına dayanır ve üretim; besleme, yıkama, kırma ve hamur hazırlama ünitelerinden oluşmaktadır. Sürekli (kontinü) üretim yapan sistemde, presin yerini santrifüj (dekantör) almıştır ve sürekli çalışmayı sağlamaktadır. Üretim sırasında kullanılan dekantöre bağlı olarak iki proses tanımlanabilir: a)proses suyu gerektiren ve üretim sonucunda üç faz (yağ, karasu ve pirina) oluşturan 3-fazlı proses b)proses suyu gerektirmeyen ve üretim sonucunda sadece iki faz ( yağ ve pirina) oluşturan 2-fazlı proses. Bu prosesler aşağıda kısaca açıklanmaktadır: 3-fazlı üretim prosesi: Bu üretim sisteminde proses suyu kullanılmaktadır. Proses sonrasında yağ, atıksu (karasu) ve katı kısım (pirina) olmak üzere üç faz oluşmaktadır. Bu proseste önemli miktarlarda proses suyu eklenmektedir. Bu sebeple, büyük hacimlerde (pres prosesinden üç kat fazla) atıksu oluşmaktadır (Masghouni&Hassairi, 2000). 2-fazlı üretim prosesi: Bu sistemde üretim boyunca proses suyu eklenmez. Proses sonrasında yağ ve pirina olmak üzere iki faz oluşur. Bu sistem ekolojik olarak oldukça caziptir, çünkü sıvı faz (karasu) oluşmamaktadır. Karasuyun büyük bir bölümü pirina ile birlikte açığa çıkmaktadır. Oluşan katı faz % su, % 2-3 yağ içermektedir (Masghouni&Hassairi, 2000). 2-fazlı üretim sisteminde kullanılan yatay santrifüjler, 3 fazlıda kullanılanların modifiye edilmiş halidir. Eğer yeni toplanmış taze zeytin kullanılacaksa, su ilavesine gerek yoktur kg zeytinin işlenmesi sonucu 800 kg katı atık oluşmaktadır. Bu katı kısımda yaklaşık % 60 su, % 2.5 yağ bulunmaktadır (Improlive, 2002). Süzme Prosesi Yağ ve metal arasındaki yapışma, su ve metal arasındakinden daha farklıdır. Bu prensip, yağ üretiminde kullanılan süzme prosesinin temelini oluşturmaktadır. Kullanılan metal tabaka zeytin hamuruna daldırılmakta, bu tabaka yağ ile ıslanmakta ve tabaka üzerinde bulunan boşluklar yağ ile dolmaktadır. Bu metotta çok sayıda metal tabaka kullanılmakta, kullanılan bu sistem Sinoles sistemi olarak bilinmektedir levhadan oluşan 6000 m 2 yüzey alanına sahip bir makina, 7-8 dakikada 350 kg hamuru işleyebilmektedir. Ancak bu yöntem tek başına kullanılamaz, pres veya santrifüj yöntemlerinin kombinasyonu olarak kullanılabilir (Improlive, 2002). Zeytinyağı üretim proseslerinde oluşacak atıksuyun miktarı ve kirlilik özellikleri, tesiste uygulanan yönteme ve teknolojiye bağlı olarak farklılıklar gösterir. Tablo1 de, sürekli (santrifüj) üretim prosesinin, kesikli (pres) üretim prosesine kıyasla avantaj ve dezavantajları özetlenmektedir. 6

12 Tablo 1. Sürekli (santrifüj) üretim prosesinin pres teknolojisine kıyasla avantaj ve dezavantajları Avantajları *Sürekli proses *Daha az işçi-yoğun *Aynı günde üretimi gerçekleştirme imkanı * Daha fazla üretim *Daha iyi kalite kontrolü *Daha az oda ve yer gereksinimi *Geliştirilmiş proses kontrolü ve otomasyon Dezavantajları *Daha yüksek ilk yatırım maliyeti Tablo 2 de zeytinyağı üretiminde kullanılan farklı proseslerin su kullanımları ve atıksu özellikleri verilmektedir (Demichelli & Bontoux,1996). 2 fazlı santrifüj prosesi, proses suyu gereksinimi olmadığından, su ve enerji gereksinimi yönünden avantajlı olan tek prosestir. Oluşan düşük atıksu hacmi ve çok düşük kirlilik yükü sebebiyle, bu proses avantajlıdır. Bu prosesin diğer ilave avantajları; elektrik tüketiminde azalma ve atıksu uzaklaştırmadaki kolaylık olarak sıralanabilir. 3 (üç) fazlı üretim sisteminde oluşan atıksu hacmi ve oluşan kirlilik yükü, 2 (iki) fazlı sisteme kıyasla daha yüksektir. Pres sisteminde oluşan atıksu hacmi daha az olmakla beraber, oluşan kirlilik yükü, üç fazlı sistemden daha fazladır. Tablo 2. Zeytinyağı üretiminde kullanılan proseslerin karakteristik özellikleri Proses Tipi (100 kg zeytin için) Proses Suyu (L) Isı Enerjisi Atıksu Karakteristikleri (MJ*) Hacim (L) KOİ (g/kg) Kesikli (Pres) Sürekli (3-fazlı) Sürekli (2-fazlı) Akdeniz civarında zeytin ve zeytinyağı üretimi yapan ülkelerin, zeytin ekili alanları, zeytin ve zeytinyağı üretim kapasiteleri Şekil 2 de görülmektedir. Şekil 3 te Entegre Zeytinyağı üretim akım şeması verilmiştir. 7

13 Şekil 2. Akdeniz ülkelerinde zeytin ve zeytinyağı üretim değerleri Entegre Zeytinyağı Üretim Tesisi: İspanya da iki fazlı santrifüj sistemi; su ve enerji korunumu, atıksu miktarının ve atıksu kirlilik yükünün azaltılması nedeniyle kullanılmaya başlanmıştır. Sistemin gerçekleştirilmesi yönünde üreticiye fon temini sağlanmıştır. Küçük zeytinyağı işletmelerinin su temini açısından herhangi bir sorun yoksa, iki fazlı üretim sistemini tercih etmedikleri bilinmektedir. Diğer bir durum ise, zeytinyağı üretiminin geleneksel bir üretim ve bir sanat olarak yürütüldüğü işletmelerde, minimum miktarda su ilavesinin, istenen zeytinyağı kalitesini sağlamak açısından gerekli olduğu hallerde, iki fazlı üretim sistemini kullanmak pek fazla tercih edilmemektedir. Üç fazlı santrifüj sistemi ile üretim yapan kooperatiflerin, karasularını deşarj ettikleri buharlaştırma havuzlarının özellikle yoğun yağış dönemlerinde doluluğa ulaşması ve yeni üretim sezonu başına kadar dolu kalmaları, yeni üretim sezonu başladığında, atıksuların deşarjında sorunlara yol açmaktadır. Bu ve benzeri örnekler, entegre zeytinyağı üretim tesisi kavramının gelişmesine neden olmuştur. Şekil 3 te görülen Entegre Zeytinyağı Üretim Tesisi nin ana karakteristikleri aşağıda özetlenmiştir: Pirinada kalan yağın fiziksel işlemlerle alınması 2 fazlı sistemde oluşan pirinanın %50 su muhtevasına kadar mekanik olarak kısmi kurutulması Sıvı atıkların ve buharlaştırma havuzlarının tamamen sistemden elimine edilmesi Oluşan atıksulardan suyun geri kazanımı ve geri devri Kalıntı pirinanın organik gübre (kompost) olarak değerlendirilmesi Depuration prosesinde yakıt olarak zeytin çekirdeklerinin kullanımından dolayı enerji tasarrufu sağlamak ve suyun buharlaştırılması için atık ısı oluşturulmayarak enerji geri kazanımı sağlamak Fosil yakıtlardan tam olarak bağımsız olmak Yanma odasından oluşan küllerin mineral gübre olarak kullanımı 8

14 Son yıllarda İspanya da Valladolid Üniversitesi nde bir araştırma grubu, Entegre Zeytinyağı Üretim Tesisi kavramını geliştirmek üzere çalışmalar yürütmektedir. Bu çalışmaların sonucunda TRIALBA S.L. Firması, orta ölçekte iki tesis kurmayı taahhüt etmiştir. Tesislerden biri Sotoserrano (Salamanca) da, üç fazlı üretim yapan bir tesisin 50 ton/gün lük atıksuyunu arıtmak üzere, diğer tesis ise Jimena daki (Jaen) iki fazlı üretim yapan bir tesisin 100 ton/gün lük atıksularını arıtmak üzere planlanmışlardır. Bu alternatifin dikkatli bir şekilde değerlendirilmesi gerekir. Karasuyun nihai depürasyonundaki işletme maliyeti, geri kullanım açısından en kritik karar verme faktörüdür (Demicheli & Bontoux, 1996). Şekil 3. Entegre zeytinyağı üretim tesisi nin ana karakteristikleri 9

15 Zeytinyağı Üretimi Atıksularının Kirlilik Özellikleri Zeytinyağı üretiminde bilinen iki yöntem bulunmaktadır. Bunlar klasik (pres prosesi) ve sürekli (santrifüj prosesi) üretim prosesleri olarak sınıflandırılır. Karasuyun bileşimi; uygulanan üretim teknolojisine, üretim miktarına ve kullanılan zeytin hammaddesine bağlı olarak farklılıklar göstermektedir. Klasik ve sürekli yöntemlerle zeytinyağı üretiminde oluşan madde ve enerji dengesi girdi ve çıktıları Tablo3 te verilmektedir. Zeytinyağı üretimi atıksularının (karasu) kirlilik karakteristikleri, literatür verilerinden yararlanılarak Tablo 4 de özetlenmiştir. Çeşitli zeytinyağı üretim proseslerinden oluşan atıkların terimleri; ne ülkeye özgü ne de standart olmayıp, atık terimleri farklılık göstermektedir. Zeytin üretiminden oluşan atıklar, presleme işleminden oluşan pirina (zeytin katı atıkları ve zeytin çekirdeği) ve zeytin öz suyu olarak sınıflandırılabilir. Pirina, yağı alınmak üzere pirina yağı çıkaran işletmelere gönderilir ve burada solvent ekstraksiyonu ile yağı ayrılır. Arta kalan yağsız pirina esas olarak lignin ve selüloz içermekte olup, yüksek ısıl değere sahiptir. Yağsız pirina, kompostlanabilir ve yakılabilir. Kaliforniya da zeytinyağı endüstrisinde prosesin ısıl gereksinimini karşılamak üzere, pirina ve zeytin çekirdekleri yakılmaktadır. İtalya da pirina pelet haline getirilip, yakıt olarak kullanılmaktadır. Zeytinyağı üretimi yapılan tesislerde pirina preslenip, kurutulduktan sonra kazanlarda yakılabilmektedir. Tablo 3. Bir ton zeytinin işlenmesine bağlı olarak proseste madde ve enerji dengesi, girdi ve çıktı analizi Üretim Prosesi Girdiler Girdi Miktarları Çıktılar Çıktı Miktarları Geleneksel pres Zeytin 1 L Yağ ~200 kg prosesi Yıkama suyu Enerji m kwh Katı atık (%25 su + % 6 yağ) Karasu ~ 400 kg ~ 600 L 3-Fazlı Dekantör 2-Fazlı Dekantör Zeytin Yıkama suyu Dekantörü temizleme suyu Yağdaki safsızlıkları yıkama suyu Enerji Zeytin Yıkama suyu Enerji 1 t m m 3 ~10 L kwh 1 t < kwh (% 88 su) Yağ Katı atık (%50 su + % 4 yağ) Atıksu (% 94 su + % 1 yağ) Yağ Katı atık (%60 su + % 3 yağ) 200 kg kg L 200 kg kg 10

16 Tablo 4. Zeytinyağı üretimi atıksularının (karasu) kirlilik karakteristiklerine ilişkin literatür verilerinin özeti Parametre Birim Pompei Fiestas Steegmans Hamadi Andreozzi (1974) (1981) (1992) (1993) (1998) ph - 4,7 5,3 3-5,9 5,09 Kimyasal Oksijen İhtiyacı (g/l) , ,8 (KOİ) Biyokimyasal Oksijen (g/l) 38,44-41, İhtiyacı (BOİ) Toplam Katı Madde (g/l) , ,5 (TKM) Organik katı madde (g/l) ,7-81,6 Yağ vegres (g/l) - - 2, ,8 Poli Fenoller (g/l) 17, , ,2 Uçucu Organik Asitler (g/l) ,78 0,8-10 0,96 Toplam Azot (g/l) 0,81 0,3-0,6 0,6 0,3-1,2 0,95 Zeytin Bitki Özsuyu (Karasu), dünyanın pek çok yerinde büyük bir problem oluşturmaktadır. Çoğu ülkede tarıma dayalı endüstriyel atıkların, kanalizasyona, nehirlere ve akarsulara deşarjında kısıtlamalar bulunmaktadır. Bazı ülkelerde, belli miktarlardaki zeytin karasuyu zeytin üretim alanlarına sulama amaçlı verilmektedir. Zeytin bitki özsuyu değerli iz elementleri ve potasyum, fosfor vb. ile organik bileşikleri içerir. Atıksudaki bazı bileşenler değerli antioksidantlardır. Son zamanlarda, zeytin özsuyu ilaçlarda da kullanılmaktadır. Zeytin Katı Atıkları ve Zeytin Çekirdeği; zeytinin üretiminde presleme esnasında oluşmaktadır. Zeytin katı atıkları ve zeytin çekirdeği ısıtma, yapı malzemesi yada aktif mangal kömürü olarak kullanılabilmektedir. Ham Zeytin Keki; zeytinlerin ilk olarak klasik ve sürekli yöntemler ile preslenmesinden sonra geriye kalan kalıntıdır. Kekin içerisinde az miktarda da olsa hala yağ bulunmaktadır. Eğer elde edilen bu keke başka bir işlem uygulanmayacaksa, ham zeytin keki genellikle ısıtma, hayvan yemi ve zeytin üretimi için kullanılabilmektedir. Tükenmiş Zeytin Keki; ham zeytin kekinin solvent ekstraksiyonuna tabi tutulması sonucu oluşan kalıntıdır. Bu kek te; ısıtma, hayvan yemi ve zeytin üretimi için kullanılabilmektedir. Çekirdeği Ayrılmış Zeytin Keki; işlenmiş kekten, içerisinde kalan parçalanmış zeytin tohumlarının çıkarılması sonucu oluşan kektir. Bu kek te ısıtma, hayvan yemi ve zeytin üretimi için kullanılabilmektedir. Sulu Pirina; tüm işlemlerden önce kekin içerisinden parçalanmış zeytin tohumlarının çıkarılması sonucu oluşan kalıntı keke sulu pirina adı verilmektedir. Zeytin Özsuyu; presleme işleminden sonra elde edilen kekin çökeltim yada santrifüj işlemleri ile yağdan ayrılması sonucu oluşan kahverengi sulu sıvıya zeytin özsuyu denilmektedir. İki fazlı dekantör sisteminin kullanılması ile oluşan zeytin özsuyunun kirlilik problemleri önemli ölçüde azaltılabilmektedir. 11

17 Örnek olarak 10 ton/gün zeytin işleyen orta büyüklükteki bir işletmede, klasik pres prosesi ve sürekli üretim prosesi ile üretim yapılması durumlarında oluşacak atıksu hacimleri ve oluşacak kirlilik yükleri aşağıda verilmiştir; Pres prosesinde yaklaşık 600 L atıksu/ton zeytin oluşacağından, toplam atıksu debisi 6 m 3 /gün olacaktır. BOİ 5 konsantrasyonunu 95 g/l kabul ederek, oluşacak BOİ yükü 570 kg BOİ 5 /gün olarak belirlenmiştir. 3 fazlı üretim sisteminde atıksu hacmi, hemen hemen pres prosesindeki atıksuyun iki katı olup, oluşan kirlilik konsantrasyonu da yarısı kadardır. Ayni üretim değeri esas alınarak, atıksu hacmi için 1000 L/ton zeytin ve BOİ 5 konsantrasyonu için de 42 g BOİ 5 /L değerleri esas alınarak, 10 m 3 /gün atıksu debisi ve 420 kg BOİ 5 /gün kirlilik yükü oluşacaktır. Bu kirlilik yükü yaklaşık olarak 7000 EN a karşı gelmektedir. İki fazlı sistemden oluşan alpeorujo miktarı yaklaşık olarak 9 ton/gün, atıksu ise 1m 3 /gün olacaktır. Zeytinyağı üretiminden oluşan atıksu (karasu), aşağıdaki tipik özelliklere sahiptir; v Yoğun viyolet-koyu kahve renkten, siyaha kadar renk, v Kuvvetli, zeytinyağına özgü bir koku, v Yüksek derecede organik kirlilik (220 g/l ye kadar KOİ değerleri ), v KOİ/BOİ 5 oranı aralığında (zor ayrışabilir atık), v ph değeri aralığında, v Yüksek miktarda polifenol içeriği, v Yüksek miktarda katı madde içeriği (20 g/l toplam katı madde ye kadar). Karasu; asidik ph ve yüksek organik madde içeriğine sahiptir. Ayrıca, askıda katı madde (AKM), pektinler, şeker, fenol bileşikleri ve bitkisel yağları da yüksek miktarlarda içermektedir. Diğer taraftan, bu tür atıksular, içerdiği aromatik bileşikler, basit ve kompleks şekerlerden dolayı, yüksek enerji kaynağı potansiyeline sahiptirler. Klasik ve sürekli yöntemle zeytinyağı üretimi yapan tesislerden çıkan karasuların bileşimleri Tablo 5 te verilmiştir. Tablo 5. Klasik ve sürekli yöntemle zeytinyağı üretimi yapan tesislerden çıkan karasuların bileşimleri ( Şengül, 1991) Parametre Klasik Yöntemde Atılan Karasu Sürekli Yöntemde Atılan Karasu ph Toplam Katı Madde % 12 % 3 Toplam Uçucu Katı Madde % 10.5 % 2.6 Toplam Mineral Katı Madde % 1.5 % 0.4 Askıda Katı Madde % 0.1 % 0.9 Kimyasal Oksijen İhtiyacı (mg /L) Biyokimyasal Oksijen İhtiyacı (mg/l) Şeker % 2 8 % 1.0 Toplam Azot % 5 2 % 0.28 Organik Asitler % Polialkoller % % 1.0 Pektin,Tanin vb. % 1 % 0.37 Polifenoller % % 0.5 Yağ ve gres % %

18 BÖLÜM 3 ZEYTİNYAĞI ÜRETİMİ ATIKSULARININ (KARASUYUN) ARITIMINDA, BERTARAF EDİLMESİNDE VE DEĞERLENDİRİLMESİNDE UYGULANAN YÖNTEMLER Genel Zeytinyağı üretimi sonrasında açığa çıkan atıksuyun miktarı üretim türüne bağlı olarak değişiklikler göstermektedir. Geleneksel (kesikli) üretim yapan tesislerde açığa çıkan su miktarı 50 kg su/100 kg zeytin; sürekli üretim yapan tesislerde ise 110 kg su/100 kg zeytin dir. Oluşan atıksular, karasu olarak tanımlanmaktadır. Karasu; süspanse katı maddeleri, polifenolleri, lipidleri, çözünmüş mineral tuzları gibi kirletici özelliği yüksek olan maddeleri içermektedir (Oktav ve diğerleri, 2001). Zeytinyağı üretimi sırasında oluşan bu atıksuların ph ı asidik olup, organik madde içeriği yüksektir. Karasu; askıda katı madde, şeker, fenol ve bitkisel yağ içeriği açısından zengindir. Zeytinyağı üretimi sırasında sıvı yan ürün olarak açığa çıkan karasu, çevre kirliliği yaratması nedeniyle ayrı bir öneme sahiptir. Üretim sırasında zeytin hammaddesi dışında herhangi bir madde kullanılmamasına rağmen, oluşan karasuyun; organik madde içeriği çok yüksektir. Karasuyun Arıtımında, Bertaraf Edilmesinde ve Değerlendirilmesinde Uygulanan Yöntemler Karasuyun kirletici etkisinin yok edilmesi veya azaltılması için bugüne kadar pek çok çalışma yapılmış, farklı arıtma teknolojileri geliştirilmiştir. Karasuyun arıtımı ve bertarafı amacıyla çeşitli yöntemler uygulanmıştır. Toprağa sızdırma ve gübre olarak kullanma, kompost üretiminde kullanma, buharlaşma ve sızma için araziye boşaltma, lagünlerde buharlaştırma, katı yakıt elde etmek, fizikokimyasal arıtma, kimyasal arıtma, aerobik biyolojik arıtma, anaerobik biyolojik arıtma, karasu çamurunun stabilizasyonu, fermentasyona tabi tutularak değerli son ürünlere dönüştürme, tek hücre proteini elde etmek, buharlaştırmak, membran prosesler ile arıtmak, bugüne kadar karasu arıtımında ve bertaraf edilmesinde uygulanan yöntemler olarak sıralanabilir (Kasırga, 1988). Karasuların uygun toplama havuzlarında depolanıp, birkaç ay tutulması ve buharlaştırılması, karasuların bertaraf edilmesinde en çok uygulanan yöntemlerinden birisidir. Bu uygulama İspanya da yaygındır. Karasuyun arıtımı için pek çok yöntem geliştirilmiştir. Termal yöntemler (buharlaştırma ve yakma), lagünde buharlaştırma ya da sulama amaçlı kullanma, flotasyon/çökeltim, ultrafiltrasyon, membran filtrasyon ve ters osmoz, anaerobik ve aerobik biyolojik arıtma, kimyasal ve elektokimyasal arıtma, hayvan yemi olarak kullanma, adsorpsiyon, elektroliz uygulanan yöntemler arasında yer almaktadır (Oktav, 2001). Karasuyun anaerobik olarak arıtılmasında, anaerobik doldur-boşalt tipi çürütücüler, yukarı akışlı anaerobik çamur yataklı reaktörler kullanılmaktadır (Şengül ve diğerleri, 1996). 13

19 Karasu ile yapılan bir kimyasal arıtılabilirlik çalışmasında, ferriklorür, alüm, ferrosülfat+kireç, ferrosülfat+kireç+anyonik polielektrolit, sülfürik asit, kireç+anyonik polielektrolit ayrı ayrı denenerek, % 50 mertebesinde KOİ ve % 90 mertebesinde AKM giderimi elde edilmiştir (Samsunlu ve diğerleri, 1998). Geleneksel yöntemle zeytinyağı üretimi yapan tesislerden açığa çıkan karasuyun kirlilik karakteristiği oldukça yüksektir ( gr KOİ/L). Distilasyon yöntemi gibi proses sonrasında konsantre katı kısmın oluştuğu yöntemler, bu tür atıksular için uygundur. Ultrafiltrasyon ve ters osmoz ise atıksuyun yüksek tuz konsantrasyonu nedeniyle uygun değildir. Sürekli yöntemde oluşan atıksu daha seyreltik haldedir. Zeytinyağı üretimindeki son teknolojik gelişmeler sayesinde atıksu miktarı, atıksuyun pirina içinde yer alması sayesinde sıfıra inmektedir. Bu üretim tekniği avantajlı gibi görünse de, sulu pirinanın yakılması için gereken enerji oldukça yüksektir (Rozzi&Malpei, 1996). Karasuyun Fiziksel Yöntemlerle Arıtımı Zeytinyağı endüstrisi atıksuları (karasu), yüksek konsatrasyonlardaki KOİ, BOİ ve Fenol içeriğiyle karakterize edilebilir. Karasuyun fiziksel arıtımı amacıyla pek çok yöntem kullanılmaktadır. Santrifüjleme, çökeltim, filtrasyon, adsorpsiyon, buharlaştırma, distilasyon, havalandırma bu su için uygulanabilecek fiziksel ve fizikokimyasal arıtım yöntemleridir. Al- Malah ve arkadaşları (2000) yaptıkları çalışmada karasuya önce santrifüjleme ve filtrasyon gibi işlemler uygulamışlar, daha sonra aktif hale getirilmiş kilden geçirmek suretiyle adsorpsiyona tabi tutmuşlardır. Bu işlem sonrasında elde edilen giderme verimleri fenol için % 81, organik madde için % 71 tir. Karasuyun Fizikokimyasal Yöntemlerle Arıtımı Kimyasal Çökeltim Karasuyun kimyasal arıtımı amacıyla kullanılan kimyasal bileşiklerden bazıları FeCl 3, H 2 SO 4, HCl ve Ca(OH) 2 dir. Yapılan kimyasal arıtılabilirlik çalışmalarında koagülant olarak genellikle Ca(OH) 2 kullanılmıştır. Lolos ve arkadaşları (1994), % 28 AKM, % 77 yağ-gres giderme verimi, Tsonis ve arkadaşları (1989) % KOİ giderme verimi, Aktas ve arkadaşları (2001) % KOİ, % toplam katı madde, % uçucu katı madde, % % yağgres, % polifenol, % azot giderme verimleri elde etmişlerdir. Mitrakas ve diğerleri (1996) yaptıkları çalışmada karasuyun ph seviyesini H 2 SO 4 ilavesiyle 2 ye getirmişler, asidik hale getirilmiş bu suyu santrifüjleyerek yağ-gres ve KOİ giderme verimlerini incelemişlerdir. Bu işlemler sonrasında, % 47 yağ-gres ve % 68 KOİ giderme verimleri elde edilmiştir. Kimyasal Oksidasyon Hidroksil radikallerini açığa çıkararak KOİ ve fenol gideriminin sağlandığı ozonlama veya ileri oksidasyon teknikleri, karasu için de kullanılabilmektedir. Beltran ve arkadaşları 1999 yılında yapmış oldukları bir çalışmada, ozon, hidrojen peroksit ve UV kombinasyonunu kullanmışlar, % KOİ giderme verimi elde etmişlerdir. Fenton Reaktifinin kullanıldığı bir başka kimyasal oksidasyon çalışmasında ise, 50 mg/l FeSO 4 ve 100 mg/l H 2 O 2 ilavesi sonrasında % 70 KOİ giderme verimi elde edilmiştir (Şengül vd., 2000). 14

20 Karasuyun Adsorpsiyon Yöntemi İle Arıtımı Adsorpsiyon yöntemi, suda bulunan çözünmüş organik kirliliklerin giderilmesi amacıyla kullanılmaktadır. Zeytinyağı endüstrisi atıksularına renk veren bileşenler, biyolojik olarak ayrışamayan bileşikler, bakteriler ve biyolojik arıtımı inhibe edici bileşikler adsorpsiyon yöntemiyle aktif karbonla giderilebilmektedir, ancak aktif karbonun yeniden kullanımı mümkün değildir. Adsorpsiyon yönteminde kullanılan aktif karbon yakılacağı için, çok fazla katı atık oluşacaktır. Ayrıca bu atıkların yanması sonrasında oluşan yanma gazları da kirli olacaktır. Ayrıca yetişmiş personele ihtiyaç vardır. Tüm bunlar adsorpsiyon metodunun dezavantajları arasında yer almaktadır (Improlive, 2002). Karasuyun Sulama ve Gübre Amaçlı Kullanımı Zeytinyağı atıksularının sulama amaçlı kullanımı hususu; İtalya, İspanya gibi ülkelerde gündeme gelmiştir. Karasu, fenolik toksik maddeleri içermektedir. Doğrudan toprağa deşarjından önce, toksik özellikleri göz önüne alınmalı, kontrollü boşaltım yapılmalıdır. İtalyan bilim adamları, karasuların tarım topraklarına belli hacimlerde verildiğinde, sadece zeytin ağaçlarına değil, aynı zamanda bağlara, mısır ve ayçiçeği üretimine de, gübre olarak olumlu etki yaptığını göstermişlerdir (Oktav&Şengül, 2000). Özellikle İtalya da karasuyun tarımsal arazilerde sulama amaçlı kullanımı konusu önem kazanmıştır. 11 Kasım 1996 tarih ve 547 sayılı kanunla yağ çıkarma fabrikalarının vejetasyon sularının boşaltılmasına ilişkin yeni hükümler ortaya konmuştur. (İtalyan Cumhuriyeti Resmi Gazetesi, 1996). İspanya da yapılan bir araştırmada ise 1000 m 3 /hektar.yıl gibi yüksek miktardaki karasuyun boşaltıldığı topraklarda; organik madde, toplam ve çözünmüş azot, fosfor, tuz, ağır metal içeriğinin arttığı gözlenmiştir. Karasu 100 m 3 /hektar/yıl gibi düşük hacimlerde araziye verildiğinde ise, toprağın biyolojik çürütücü gibi çalışıp, karasuyu arıttığı belirlenmiştir (Demicheli, 1996). Karasuyun Biyolojik Yöntemlerle Arıtımı Karasu, zeytin özsuyunun seyrelmiş kısmı olması nedeniyle, biyolojik olarak kolayca parçalanabilir kabul edilebilir. Fakat karasuyun içeriğindeki polifenol ve lipidlerin biyolojik olarak parçalanma reaksiyon hızı, şeker ve uçucu asitlere göre daha düşüktür. Bu nedenle, karasuyun biyolojik arıtımı, kirliliklerin hızla parçalanmasını gerektirdiğinden ve arıtma tesisinin ekonomi açısından küçük olması gerektiğinden, oldukça zor olmaktadır (Rozzi&Malpei, 1996). Karasuyun Aerobik Biyolojik Arıtımı Aerobik biyolojik prosesler, aerobik mikroorganizmaların, oksijen varlığında, kirlilikleri okside ederek parçalaması esasına dayanırlar. Organizmalar kirlilikleri kullanarak biomas ve çamur gibi yeni hücreler üretirler. Aktif çamur, damlatmalı filtre gibi aerobik prosesler genellikle atıksuda düşük konsantrasyonlarda bulunan çözünmüş ve kolloidal haldeki kirlilikleri arıtırlar. Prosesin etkili işletilmesi 1 g KOİ/L gibi düşük konsantrasyonlarda mümkündür. Yüksek konsantrasyonlardaki kirlilikler ise ancak yüksek alıkonma sürelerinde ve yüksek geri devir oranlarında arıtılabilir. Bu nedenle karasuyun aerobik biyolojik arıtımı, yüksek KOİ ve fenol içeriği nedeniyle, uygun değildir. Bunun yanısıra, aerobik biyolojik arıtım sonrasında çok 15

21 yüksek miktarlarda çamur oluşmaktadır. Ham atıksuyun KOİ konsantrasyonu 50 gr/l gibi oldukça yüksek değerlerde olduğundan, proses sonrası oluşacak çamur miktarı yaklaşık olarak arıtılan atıksu hacmine eşittir (Rozzi&Malpei, 1996). Zeytinyağı üretimi atıksuları, fenol bakımından zengin olup, biyolojik ayrışmayı inhibe etmekte ve belli ölçüde ekotoksisite göstermektedir. Bu nedenle karasuyun biyolojik arıtımı için fenolün eliminasyonu gereklidir. Karasuyun fenolik içeriği, bu konuda çalışan kişileri, aromatik bileşenleri giderebilen organizmaları kullanmaya yöneltmiştir. Garcia ve diğerlerinin (2000) yapmış olduğu bir çalışmada karasuyun yapısında bulunan fenolü giderebilen değişik mantar türleri kullanılmıştır. Fenol giderimi, karasuyun içeriğinde bulunan organik maddelerin tüketimiyle ilgilidir. Bu durum, fenolü diğer mevcut diğer organik bileşiklerden ayırıp giderebilecek organizma türlerinin seçimini gerektirmektedir. Kullanılacak olan organizmalar sırasıyla Phanerochaete chrysosporium\aspergillus niger\aspergillus terreus olmalıdır. Aerobik arıtma ile elde edilen %80 mertebesindeki KOI gideriminin 24 saatlik bir reaktörde gerçekleştirilmesi, yöntemin umut verici olduğunu gösterir ( Scioli&Vollaro,1997). Ancak bu verimin laboratuvar koşullarında ve özel bakteri kullanımı ile gerçekleştiğini belirtmek gerekir. Tüketilen oksijenin suya aynı hızda verilebilmesi için, % gibi yüksek verimli difüzörler veya saf oksijen kullanılması gerekir. Karasuyun Anaerobik Biyolojik Arıtımı Anaerobik arıtım teknolojileri, KOİ derişimi 1500 mg/l den büyük atıksuların arıtımında kullanılması, düşük miktarda atık çamur oluşturması (aerobik arıtımdan 20 kat az), proses sırasında açığa çıkan gazların kullanılabilmesi ve az yer işgal etmesi nedenleri ile, günümüzde sıkça kullanılmaktadır. Ancak, zeytinyağı üretimi atıksularının arıtımında kullanılan anaerobik reaktörler sadece pilot ölçeklidir, gerçek uygulaması yoktur. Yapılan deneysel çalışmalarda, anaerobik ve aerobik arıtım alternatiflerinin, zeytinyağı üretimi atıksularında da kullanılabildiği görülmüştür. Anaerobik aktif çamur prosesiyle, UASB reaktörler kıyaslandığında, ikisinin de aynı sonuçları verdiği, sadece karasuyun ön arıtımı amacıyla kullanıldığı, sonrasında aerobik biyolojik arıtımın gerektiği görülmüştür (Improlive, 2002). Karasuyun anaerobik arıtımı için öncelikle seyreltme yapmak gerekmektedir. Çünkü bu suyun içeriğindeki aromatik bileşenler ve lipidler metan bakterileri üzerinde toksik etki yaratmaktadır. Karasuyun Aspergillus niger ile ön arıtımı, bu suyun toksik etkisini azaltmakta, metan bakterilerinin daha iyi çalışmasını sağlamaktadır. (Hamdi, 1991). Yapılan incelemeler sonrasında değişik anaerobik arıtma çalışmaları kıyaslanmış, sonuçlar Tablo 6 da verilmiştir. 16

22 Tablo 6. Değişik Anaerobik Arıtma Çalışmalarının Kıyaslanması (Improlive, 2002) Fiestas (1981) Spinosa (1982) Steegmans (1992) Rozzi A (1986) Rozzi B (1986) Ubay (1997) Rindone (1991) Arıtım prosesi Kontak proses UASB reaktör UASB reaktör Klasik reaktör UASB reaktör UASB reaktör Dolgu yatak reaktör Giriş suyu g BOİ 5 /L 4-6 g KOİ/L 26.7 g KOİ/L g KOİ/L 5-15 g KOİ/L 5-19 g KOİ/L g KOİ/L Hacimsel kg kg 1.59 kg kg 5-21 kg 5-18 kg - yükleme BOİ/m 3.gü n KOİ/m 3.g ün KOİ/m 3.gn KOİ/m 3.gn KOİ/m 3.g n KOİ/m 3 d Arıtma verimi % BOİ % 70 KOİ % 55.9 KOİ % KOİ % KOİ % 75 KOİ % KOİ Gaz üretimi 700 L/kg BOİ L/kg KOİ 550 L/kg KOİ 8000 L/ m 3.gn 3500 L/kg KOİ L/kg KOİ Metan gazı içeriği % 70 - % 70 % % % 84 Anaerobik Biyolojik Prosesler ile Arıtmada, Gerekli Reaktör Hacimlerinin Fizibilitesi ve Çıkan Çamur Sorununun İrdelenmesi Anaerobik biyolojik prosesler, oksijensiz ortamda organik maddelerin özel organizmalarca parçalanması esasına dayanır. Bu organizmaların büyüme hızları aerobik ortamda yaşayan organizmalardan daha yüksektir. Ayrıca anaerobik proses boyunca birden çok organizma çeşidi kullanılmaktadır. Bu da proses kontrolünün daha kolay olmasını sağlamaktadır. Karasuyun arıtımında pek çok anaerobik proses kullanılabilmektedir: Anaerobik lagünleme, anaerobik kontakt prosesi, yukarı akışlı anaerobik çamur yatak reaktör (UASB), anaerobik filtreler bu prosesler arasında yer almaktadır (Rozzi&Malpei, 1996). Anaerobik Lagün Anaerobik lagünleme, karasuyun diğer bir arıtma metodu ile arıtımından önce, yıl boyunca depolandığı bir metot olarak kullanılmaktadır. Bu metot ile ulaşılan arıtma verimleri % ile, % arasında değişirken, karasuyun alıkonma süresi 2-4 ay olmaktadır. Bu yöntemde lagünlerin üzerinin örtülerek, biyogaz elde edilmesi mümkün olmasına rağmen, literatürde bu konuda yapılan herhangi bir çalışmaya rastlanmamıştır (Rozzi&Malpei, 1996). Anaerobik Kontakt Prosesi Anaerobik kontakt prosesi, anaerobik aktif çamur sistemi olarak ta tanımlanabilir. Yapılan literatür çalışmasında, hacimsel yükleme değerinin L= 2-4 kg KOİ / m 3.gün, hidrolik bekleme süresinin t hidrolik = gün arasında olduğu durumlarda, % KOİ giderme verimleri elde edilmiştir (Rozzi&Malpei, 1996). Hacimsel organik yük (L); 17

23 Q * Co L = olarak tanımlanmaktadır. (1) V Burada; L = Hacimsel organik yük ( kg KOİ / m 3.gün); Q = Giriş debisi (m 3 /gün); Co = Giriş suyu kirlilik konsantrasyonu, (kg KOİ / m 3 ); V = Reaktör hacmi, (m 3 ) anlamındadır. Bağıntı aşağıdaki gibi düzenlenebilir. Co Co L = L = (2) (V/ Q) = t t hidrolik Anaerobik reaktöre giren suyun konsantrasyonu ile, reaktörün hidrolik bekleme süresi ve hacimsel yük arasındaki ilişki aşağıdaki gibi yazılabilir. Co=C giriş = L * t hidrolik (3) Hidrolik alıkonma süresi kontakt proses için 20 gün, hacimsel organik yükleme 4 kg KOİ / m 3.gün kabul edilirse, reaktöre giriş suyunun konsantrasyonu, 3 numaralı bağıntı kullanılarak C giriş = 4 kg KOİ / m 3.gün * 20 gün = 80 kg KOİ /m 3 değerine kadar yükselebilmektedir. Oysa yukarı akışlı reaktörlerde giriş suyu konsantrasyonu daha düşük olmak zorundadır. Hidrolik bekleme sürelerinin 1-2 gün gibi çok küçük değerlere düşmesine karşılık, giriş suyunun daha seyreltik olması koşulu ortaya çıkmaktadır. Çok küçük reaktör hacimleri kullanabilmenin avantajı böyle kısıtlanmaktadır. Bu durum UASB Reaktör bölümünde örneklenmiştir. Yukarı Akışlı Çamur Yataklı Reaktör (UASB) UASB reaktörler karasudan çok daha düşük kirlilik konsantrasyonlarına (3-6 kg KOİ/m 3 ) sahip atıksuların arıtımı için kullanılmaktadır. Bu nedenle karasuyun bu reaktörlerde arıtılması için, yüksek oranlarda seyreltilmesi gerekmektedir. İtalya da pilot ve laboratuvar ölçekli yapılan çalışmalarda karasu 5 kg KOİ / m 3 değerine kadar seyreltilmiş, bu değer kademeli olarak 15 kg KOİ / m 3 değerine ulaşılana kadar arttırılmıştır. Karasu, azot bakımından yetersiz olduğu için, alkali kimyasal ilavesi de yapılmıştır. Maksimum KOİ giderme verimi % olarak bulunmuştur. Bu reaktörde çamurun çok iyi çökelebildiği gözlenmiştir (Rozzi&Malpei, 1996). Hidrolik alıkonma süresi, yukarı akışlı çamur yatak reaktör için 1 gün, Hacimsel organik yükleme 15 kg KOİ / m 3.gün ise, 3 numaralı bağıntıdan, C giriş = 15 kg KOİ / m 3.gün * 1 gün = 15 kg KOİ / m 3 olmaktadır. Örneklerden görüldüğü gibi giriş konsantrasyonu 80 kg/m 3 ise, 20 gün gibi uzun bekleme süreli reaktörler kullanılmaktadır. Bekleme süresinin 1 gün gibi kısa olabilmesi için, giris suyu 15 kg/m 3 değerine kadar arıtılmalı veya seyreltilmelidir. 18

24 Anaerobik Filtreler İtalya da yürütülen laboratuvar ölçekli çalışmalarda, karasuyun anaerobik biyolojik arıtımı için anaerobik filtreler kullanılmıştır. Anaerobik filtreler, içinde doğal veya sentetik dolgu malzemesinin bulunduğu, bu malzeme üzerinde bakterilerin sabit biofilm formunda büyüdüğü bir ortamdır. Bu filtrelerin en önemli avantajı, proses kontrolünün kolay olması ve değişken yükleme değerlerinin sorun yaratmamasıdır. Yapılan ilk çalışmada 1 haftadan kısa bir sürede, 9-18 kg KOİ / m 3 yükleme değerinde % giderme verimi elde edilmiştir. Yine de, dolgu malzemesinin üst kısımlarında tıkanma olma ihtimali nedeniyle, bu proses çok uygun görünmemektedir. İtalya da yapılan bir başka çalışmada, plastik dolgu malzemesiyle doldurulan 2 m 3 hacmindeki anaerobik filtre kullanılmıştır. 3-4 kg KOİ / m 3 yükleme değerinde, 3-4 günlük hidrolik bekleme süresinde, % 80 KOİ giderme verimi elde edilmiştir (Rozzi&Malpei, 1996). Karasuyun anaerobik arıtımı için yapılan çalışmalar incelendiğinde, reaktör hacimleri ile ilgili şu sonuçlar ortaya çıkmaktadır : Anaerobik filtre ve yukarı akışlı anaerobik çamur yatak reaktör gibi yüksek hızlı reaktörlerde kg KOİ/m 3 değerine kadar seyreltilmiş karasu kullanılabilir. Bu reaktörler 5 15 kg KOİ/m 3.gün hacimsel yükleme değerlerinde işletilebilir. Bekleme süreleri 1-2 gün mertebesinde olduğundan, reaktör hacimleri küçüktür. Ancak giriş suyu konsantrasyonu kg KOİ/m 3 değerini aşmamalıdır. Bu nedenle su seyreltilirse, reaktöre giren debi artırılmış olur. Elde edilen giderme verimi de nadiren % 70 in üzerindedir. Anaerobik kontakt reaktörler, 60 kg KOİ/m 3 gibi daha yüksek besleme konsantrasyonlarında ve 5 kg KOİ/m 3.gün den daha düşük hacimsel yükleme değerlerinde işletilmiş ve % 80 den daha yüksek KOİ giderme verimleri elde edilmiştir. Bekleme süreleri 20 gün gibi çok yüksek değerlerdedir. Ancak bu durumda reaktör hacmi de büyük olmaktadır. Daha fazla KOİ giderme verimi elde edilmesi, bekleme sürelerini artırmakla mümkün olmaktadır. Özetle ya kg KOİ/m 3 gibi düşük giriş konsantrasyonu, ya da 20 gün gibi çok yüksek bekleme süresi ön şartlarından birisi mutlaka sağlanmalıdır. Diğer bir deyişle, 1 günlük bekleme süresi olan bir reaktöre, 60 kg KOİ/m 3 gibi yüksek konsantrasyonlarda atıksu vermek mümkün görünmemektedir. Bu konu bazen dikkate alınmayarak, anaerobik arıtma çok ekonomik olarak kabul edilebilmektedir. Atılan çamur miktarı : Çamur yaşı: Toplam çamur kütlesi X * V Çamur Yaşı = θ ÇAMUR = (4) Günlük Atılan Çamur C * Q bağıntısıyla hesaplanabilir. Burada, X = Mikroorganizma konsantrasyonu, kg / m 3 ; V = Havuz hacmi, m 3 ; C = Çamur konsantrasyonu, kg / m 3 ; Q = Atılan çamur debisi m 3 /gün dür. 19

25 Çamur yaşının 14 gün civarında olduğu bir anaerobik reaktörden, her 14 günde, bir reaktör hacmi kadar çamur atılacaktır. Bu hacimde bir çamurun nasıl arıtılacağı sorunu da anaerobik arıtmanın önemli kısıtlarındandır. Aerobik arıtmada ise her gün atılacak çamur hacminin günlük arıtılacak su hacmi ile aynı mertebelerde olduğu gözden uzak tutulamaz. Aerobik ve anaerobik arıtmalarda atılacak çamurun nasıl arıtılacağı, bunları kabul edecek ziraat alanlarının baştan belirlenmesi, yöntemlerin fizibilitesi açısından şarttır. Buharlaştırma, Hidroliz, Oksidasyon, Ultrafiltrasyon (EHO) Yöntemi Karasuyun arıtımı için, bir Alman-Yunan ortaklığı olarak yürütülen bir proje kapsamında, EHO Yöntemi uygulanmıştır. EHO Yöntemi, buharlaştırma, hidroliz ve oksidasyon kademelerinden oluşmaktadır. Atıksu içeriğindeki bileşikler, kontollu bir ısı verilmesi ile önce hidrolize edilir ve daha sonra hava ile okside edilir. Proses aşağıda belirtilen adımları kapsamaktadır: *Çamurun giderimi: Çamurun yağ ekstraksiyonu veya yakıt olarak kullanımı mümkündür. *Kalıntı yağlı bileşiklerin atıksudan uzaklaştırılması için, seramik ultrafiltrasyon membran ünitesinin kullanımı. * EHO ünitesinde, karasudaki fitotoksik etki oluşturan bileşiklerin uzaklaştırılması ve konsentratın yağ ekstraksiyonu veya yakıt olarak kullanımı veya gübre eldesinde kullanımı. * Permeatın membran ünitesinden geçirilerek arıtılması ve arıtılmış suyun üretime geri döndürülmesi veya daha fazla arıtım için başka bir arıtma ünitesine gönderilmesi. Şekil 4 te EHO prosesinin akım şeması görülmektedir. Projenin Yunan grubu tarafından, ortalama 1400 ton luk bir zeytinyağı üretimi için kurulan bir pilot tesis, üç bileşenden oluşmaktadır: Çamur tasfiye ünitesi, Ultrafiltrasyon ünitesi (seramik membran), EHO ünitesi. Pilot tesisin ilk yatırım maliyeti 14 Milyon Euro dur. Yıllık işletme maliyeti yaklaşık olarak 1 milyon Euro dur. Tesisten elde edilen yağ ve gübrenin satışından elde edilen kazanç ise 1.8 milyoneuro dur. ( aachen.de/improlive/englisch/rsanfall/abwasser (anaerob.html.)). Membran Filtrasyon Prosesi Klasik biyolojik atıksu arıtma yöntemleri, arıtılacak olan endüstriyel atıksu yüksek toksisiteye sahipse veya biyolojik olarak ayrışamayan atıkları içeriyorsa, yetersiz kalmaktadır. Böyle durumlarda kimyasal veya fiziksel prosesler kullanılarak, klasik arıtmanın eksiği giderilmelidir. Karasuyun arıtımında, kaba filtrasyondan sonra, membran filtrasyon yöntemi (ters ozmoz veya ultrafiltrasyon) kullanılabilir. Membran filtrasyonda atıksu iki faza ayrılır. Ön arıtımdan geçirilmiş karasu, membran filtrasyon ünitesinden geçirildikten sonra; permeat (arıtılmış su) ve çamur (konsentrat veya retentat) elde edilir. Çamur; düzenli depolama alanına veya yakma tesisine gönderilebilir (Improlive, 2002). Şekil 5 te bu tesisin akım şeması verilmiştir Membran proseslerin kullanımı kısıtlayan en önemli unsur, konsantrasyon faktörünün sınırlayıcılığıdır. Atıksular, distilasyon prosesine kıyasla daha az konsantre olurlar. Bunun yanında oluşan son ürünlerin (katı ve sıvı kısım) bertaraf edilmeden önce başka işlemlerden geçirilmesi gerekmektedir. Sıvı kısmın, KOİ konsantrasyonunun kabul edilebilir değerlerin üzerinde olması nedeniyle son arıtımdan geçirilmesi gerekmektedir (Rozzi&Malpei, 1996). ( aachen.de/improlive/englisch/rsanfall/abwasser). 20