GÜL POSASI KOMPOSTUNDA KALİTE PARAMETRELERİNİN ARAŞTIRILMASI ÖZET İsmail TOSUN, M. Talha GÖNÜLLÜ, Yaşar AVŞAR Yıldız Teknik Üniversitesi Çevre Mühendisliği Bölümü 34349, İSTANBUL tosun@yildiz.edu.tr, gonul@yildiz.edu.tr, avsar@yildiz.edu.tr, Laboratuar ölçekli kompostlaştırma işleminde, ısı yalıtımlı kapalı reaktörler kullanılarak gül posasının kompostlaştırılmasından elde edilen ürünün özellikleri araştırılmıştır. Reaktörlere beslenen hava, çıkış gazındaki CO 2 içeriği izlenerek, kontrollü bir şekilde hava pompası ile sağlanmıştır. Başlangıçta 12-15 civarında olan C/N oranı, stabilizasyon süresi sonunda 6.-7.5 seviyesine düşmüştür. Reaktörlerden elde edilen kompostların toplam TKN, P ve K değerleri sırasıyla 4-43, 1.1-1.5 ve 8.2-9.3 mg/g aralığındadır. Ağır metaller bakımından değerlendirilmiştir. Dewar testi sonuçlarına göre, elde edilen ürünün stabil olduğu belirlenmiştir. Elde edilen ürünün homojen yapıda olması ve besin değerinin yüksek olması nedeniyle tarımsal amaçlı kullanılmasının uygun olduğu belirlenmiştir. Anahtar Kelimeler: Ağır metal, gül posası, kompost kalitesi, kompost kullanımı, stabilite EVALUATION FOR QUALITY PARAMETERS OF ROSE RESIDUE COMPOST ABSTRACT The aim of this work is to present the characteristics of the compost produced using by heat insulated closed laboratory-scale reactors from rose processing residue. Forced aeration was provided by an air blower, with an intermittent operation depending on CO 2 content in spent air. The initial C:N ratio of 12-15 decreased to 6.-7.5 over the composting period. TKN, P and K values in the final compost products were in the range of 4-43, 1.1-1.5 and 8.2-9.3 mg/g, respectively. Heavy metal concentrations in the final products were evaluated for possible usage in the field. The results of experiments indicated that the chemical and physical properties of compost product produced from rose waste were suitable for agricultural application in terms of stability and other quality parameters. Key Words: Compost quality, compost utilization, heavy metals, rose residue, stability 1. GİRİŞ Kompostlaştırma işlemi, organik katı atıkların bertarafında tavsiye edilen bir alternatiftir ve elde edilen ürün arazi uygulamaları için kullanılabilmektedir. Bitki nütrienti içeriği ve nem tutma özelliği nedeniyle kompostun araziye verilmesi ile ürün verimi artmaktadır (1). Kompostlaştırmanın genel hedefleri; (i) ayrışabilir organik maddeleri biyolojik olarak stabil maddeye dönüştürmek, (ii) katı atıklarda bulunabilen patojenleri, böcek yumurtalarını ve diğer istenmeyen organizmaları ve yabani ot tohumlarını yok etmek, (iii) nütrient (azot, fosfor ve potasyum) içeriğini artırmak, (iv) bitki gelişmesini desteklemek ve toprak iyileştirici olarak kullanılabilen bir ürün elde etmektir (2).
Tarımda kullanmak için kompost, olgunlaşmayı tamamlamalı, verimliliği sağlayan elementleri (N, P, K) asimile etmiş olmalı, ağır metal seviyesi düşük olmalı ve patojenik bakterilerden arınmış olmalıdır (3). İyi ayrışmış olgun kompost, sürekli olarak humus maddesi, karbon, azot, fosfor, potasyum ve çok sayıda iz element kaynağıdır. Kompostunun toprağa etkisi üzerine yapılan bir çalışmada, artan kompost dozlarına paralel olarak toprağın azot, fosfor ve potasyum değerlerinin arttığı belirlenmiştir (4). Kompost ilavesi toprağın fiziksel, kimyasal ve biyolojik özelliğini iyileştirir, fakat ağır metallerin potansiyel çevresel etkileri ve kompostun diğer kirletici maddeleri için uzun sürede özel bir dikkat gösterilmelidir. Ağır metal seviyesi yüksek olan kompostlar sadece düzenli depolama örtülerinde ve atık maddelerin bertarafı için tahsis edilmiş alanlarda kullanılabilir (5). Bazı Avrupa ülkelerindeki ağır metal limitleri Tablo 1 de verilmiştir. Kompostun tarım ve ormancılıkta, bağ/bahçecilikte yaygın bir şekilde değerlendirme imkanı vardır (6). Humusça fakir toprakların ıslahı, bozulmuş alanların iyileştirilmesi, ses ve gürültü perdelerinin toprak seddesi ve yeşil örtüden oluşturulması halinde bu ortamdaki bitkilerin gelişmesi, spor ve çeşitli oyun alanlarının kurulması gibi bir çok alanda kullanılabilecektir. Tablo 1 Bazı Avrupa ülkelerinde ağır metal limitleri (7) Ağır metal Avustralya Belçika Kanada Fransa Almanya İtalya Cu 4 1 15-1 3 Zn 1 1 5-4 5 Cd 4 5 3 8 1.5 1.5 Ni 1 5 5 5 5 Pb 5 6 15 8 15 14 Cr 15 15 15-1 1 Kompost tesislerine ayrışabilir atıklarla birlikte kompost için uygun olmayan atıklar da gelmektedir. 1 Mart ayında işletmeye alınan İstanbul Kemerburgaz Kompost Tesisinde yapılan çalışmada (8) yığınlara gelen yabancı maddelerin oranının %14-4 arasında olduğu belirlenmiştir. İstenmeyen atıklar içinde cam, %42 lik oranla (kuru ağırlık) en yüksek paya sahiptir. Diğerleri ise taş, kum, tekstil, naylon, plastikler vb. maddelerdir. Gomez in çalışmasında (9), kompost içinde bulunması istenmeyen atıkların kompost materyalinden ayrılmasıyla ağır metal içeriğinin %9 dan daha fazla azaldığı görülmektedir (Tablo 2). Kompostun besin değerini ve kalitesini artırmak için, atıkların ayrı toplanması teşvik edilerek kompost olacak organik atıklara tehlikeli ve istenmeyen türdeki yabancı maddelerin karışması engellenmelidir. Tablo 2 EKA kompostu ağır metal muhtevaları (9) EKA kompostu Metal (mg/kg) Ayırma yapılmamış Mekanik ayırma Kaynağında ayırma atıktan yapılmış atıktan yapılmış atıktan Zn 164 87 16 Cu 512 29 33 Cr 164 75 19.7 Ni 112 4 9.5
Laboratuar ölçekli yapılan çalışmada, gözenek malzemesi oranı ve aşı türü değişikliğinin elde edilen ürünün kalitesi üzerindeki etkisi araştırılmış ve elde edilen ürünün, tarımda ve arazi iyileştirmede kullanımı açısından bilinen kalite parametreleri değerlendirilmiştir 2. MATERYAL VE METOD Üç reaktörle yapılan çalışmalarda kullanılan posa, aşı ve gözenek malzemesinin karışım oranları kuru ağırlık bazında; 1.Reaktör (R1) : posa: aşı (ayrışmış posa) ve gözenek ; 3:1:1 2.Reaktör (R2) : posa: aşı (EKA kompostu) ve gözenek; 3:1:2 3.Reaktör (R3) : posa: aşı (ayrışmış posa) ve gözenek; 3:1:2 şeklindedir. 1 ve 3. reaktörlerde aynı tür aşı kullanılırken, gözenek malzemesi oranı farklı tutulmuş; 2. ve 3. reaktörlerde ise gözenek malzemesi oranı aynı iken, farklı tür aşı kullanılmıştır. Elde edilen karışımın başlangıç özellikleri Tablo 3 de verilmektedir. Tablo 3 Reaktörlerde kullanılan materyal karışımının özellikleri Parametre Birim 1.Reaktör 2.Reaktör 3.Reaktör ph 5.7 6.1 5.8 SM % 66. 66.3 66.8 OM % 71.4 72.2 7 TKN % 3.5 2.78 3.28 C/N 13.2 14.9 11.8 Top. P (PO4-P) mg/g 1.71 1.17 1.43 K mg/g 5.5 7.4 6. Ca mg/g 1.73 4.8 1.29 Mg mg/g 4.8 5.8 4.5 Na mg/g 1.4 1.9 1.3 Fe mg/g 4. 8.5 6.5 Mn mg/g.21.25.24 Zn mg/g.81.152.82 Cu mg/g.98.19.65 Cr mg/g.153.414.166 Li mg/g.47.51.47 Ni mg/g.77.8.67 Numuneler 15 o C de 24 saat süreyle kurutulup öğütüldükten sonra (Retsch ZM/1, 1/15 dev/dak).3 mm lik elekten elenmiştir. ph ölçümü, numuneye 1:5 oranında CO 2 siz su eklenerek yapılmıştır. Organik madde muhtevası kuru maddenin 575 o C deki ağırlık kaybından hesaplanmıştır. Toplam organik karbon ıslak yakma yöntemine göre (1), N-Kjeldahl ve PO 4 -P Standard Methods (11) yöntemlerine göre belirlenmiştir. Ca, Mg, Na, ve K Alev fotometresi ile (Jenway PFP7), ağır metaller derişik HNO 3 -HClO 4 ile parçalama yapıldıktan sonra (12), Atomik Absorbsiyon Spektrofotometresi ile (UNICAM 929) tayin edilmiştir.
3. BULGULAR VE DEĞERLENDİRME 3.1 Kompostlaştırma sonrası malzeme boyut analizleri Kurutulmuş gül posasının; 28, 14 ve 4.75 mm'lik eleklerle yapılan boyut analizinde, malzemenin yaklaşık %47 sinin boyutu 14-28 mm arasında, %35 i 4.75-14 mm arasında ve %18 i de 4.75 mm nin altında olduğu belirlenmiştir. Elde edilen kompost ürününde,, 1 ve 4.75 mm' lik elekler kullanılarak yapılan analiz sonuçları Şekil 1 de gösterilmiştir. Şekilden de görülebileceği gibi, malzemenin yaklaşık %8 inin boyutu 1 mm nin altındadır. Reaktöre konan ham posanın boyutu ile oluşan ürün karşılaştırıldığında, malzemenin boyutunda çok belirgin bir şekilde küçülmenin olduğu görülmektedir. Reaktörlerden elde edilen kompostların boyutları arasında belirgin bir fark olmamakla beraber, gözenek oranının fazla olduğu R2 ve R3 reaktörlerinden elde edilen ürünün boyutunun, R1 den nispeten küçük olduğu tespit edilmiştir. Boyut dağılımı, % 1 8 6 4 47 35 18 Ham 14-28 14-4.75 mm < 4.75 mm Boyut dağılımı, % 1 8 6 4 17 15 34 4 4 47 43 45 R1 R2 R3-1 mm 1-4.75 mm < 4.75 mm Şekil 1 Stabilizasyon sonrası kompostun boyut dağılımı 3.2 Kompost ürünün stabilitesi Elde edilen kompost ürünlerinden yaklaşık 1 er litre numune alınarak Dewar testi yapılmıştır. Dewar kabının tabanından yaklaşık 1/3 yüksekliğe Max/Min termometre probu yerleştirilerek, sıcaklık artışı 5 gün süreyle izlenmiştir. Yapılan çalışmalarda elde edilen sonuçlar Şekil 2 de gösterilmiştir. Şekilden, 5 gün içinde kaydedilen maksimum sıcaklık yükselmesinin en fazla 3 o C ile sınırlı kaldığı görülmektedir. Bu durumdaki kompostun literatürde verilen stabilizasyon sınıflaması na göre (Tablo 4) tamamen stabil ve depolanabilir olduğu görülmektedir. Kompostlaştırma süresince alınan numunelerde belirlenen C/N oranları, stabilizasyon göstergesi olarak (C/N) t / (C/N) başlangıç şeklinde hesaplanmış ve Tablo 5 de verilmiştir. Çizelgeden, bu değerlerin tüm reaktörlerde.48-.52 arasında olduğu görülmektedir. Bu değerler, Epstein tarafından verilen.47-.85 değerleri arasında kalarak stabil bir ürün elde edildiğini göstermektedir (13).
28 26 24 22 Ortam Max Min Başlangıç Sıcaklık, o C 28 26 24 22 18 Dewar kabı R1 R2 R3 Reaktörler Max Min Başlangıç Şekil 2 Dewar kabı ısınma testi sonuçları Tablo 4 Dewar testi tanımlaması (14) Sıcaklık yükselmesi, o C Sınıf Stabilite tanımlaması -1 o C V Tamamen stabil kompost, depolanabilir 1- o C IV Olgun kompost, depolanabilir -3 o C III Materyalde ayrışma devam ediyor, depolanamaz 3-4 o C II Olgun olmayan, aktif kompost, yığınlarda kalmak zorunda 4-5 o C I Taze, çok yeni kompost 3.3 Ürünlerde metal tespitleri Tablo 5 Tüm reaktörlerde (C/N) t /(C/N) başlangıç değerleri Süre, gün R1 R2 R3 1. 1. 1. 15.9.85.91 27.64.84.72 62.48.5.52 Yapılan çalışmalarda, reaktörlerden elde edilen kompost ürünlerdeki yapılan analiz sonuçları Tablo 6 da verilmiştir. 2.Reaktörde aşı türünün farklı olması sebebiyle metal muhtevaları diğer iki reaktörden daha yüksektir. Reaktörlerden elde edilen ürünlerin ağır metal muhtevaları başka çalışmalarla karşılaştırılabilecek seviyededir (9, 15, 16). Kompostlaştırma süresinde belirli zamanlarda alınan numunelerin metal konsantrasyonlarının zamanla değişimi Şekil 3 de gösterilmiştir. Şekilden, genel olarak, alkali metal ve ağır metal konsantrasyonlarının başlangıçta artış eğilimine sahip olduğu ve daha sonraları ise bu artış hızının giderek düştüğü görülmektedir. Konsantrasyonlardaki artış materyaldeki ağırlık kaybından ileri gelmektedir. Konsantrasyon artışı Fang ve Wong tarafından yapılan çalışmalarda da ortaya konmuştur (17).
Tablo 6 Reaktörlerde elde edilen kompostun özellikleri Parametre Birim 1.Reaktör 2.Reaktör 3.Reaktör SM % 67.89 68.1 69 OM % 57.9 55.3 55.6 TKN % 4.26 4 4.11 C/N 5.9 7.5 6.2 ph 7.4 7.6 7.5 Top. P (PO4-P) mg/g 1.5 1.8 1.22 K mg/g 8.2 9.3 8.2 Ca mg/g 2.36 5.53 1.87 Mg mg/g 6.4 8.5 7.9 Na mg/g 1.13 2.7 1.24 Fe mg/g 6.8 9.2 8.2 Mn mg/g.296.345.329 Zn mg/g.115.194.115 Cu mg/g.6.155.11 Cr mg/g.25.5.27 Li mg/g.48.53.49 Ni mg/g.92.99.91 4. SONUÇ VE ÖNERİLER Ülkemizde gül üretiminin en fazla olduğu şehir olan Isparta da, 1.5 aylık gül işleme sezonunda yaklaşık 265 ton civarında posa oluşmaktadır. Gül posasından elde edilen kompostlarda yapılan analiz sonuçlarına göre, gül posasının azot ve mineral madde bakımından zengin olduğu görülmektedir. Metal konsantrasyonlarının, başlangıçtaki hızlı kütle azalması ile beraber giderek yükseldiği ve kütle azalmasının durmaya başlaması ile de stabil değerlerde kaldığı tespit edilmiştir. Kompostlaştırma işleminin en önemli göstergelerinden biri olan C/N oranı, başlangıçta 12-15 civarında iken, stabilizasyon süresince hızla azalarak 6.-7.5 seviyesine kadar düşmüştür. Dewar testi çalışmalarından, kompostlardaki sıcaklık yükselmesinin çok az olması sebebiyle elde edilen ürünün tamamen stabil olduğu belirlenmiştir. Kompostlaştırma sonrası C/N değerinin başlangıçtaki C/N değerine oranı.48-.52 arasında olduğu görülmüştür. Tüm reaktörlerden elde edilen ürünlerin stabilite kriterlerini sağladığı belirlenmiştir. Gül posasının kompostlaştırılması sonucu elde edilen kompost, gül bahçelerinde, yol kenarlarındaki yeşil alanlarda, park ve bahçelerde, şehir merkezine yakın meyve bahçelerinde kullanılabilir. Elde edilen ürünün homojen olması ve besin değerinin yüksek olması sebebiyle öncelikli olarak tarımsal amaçlı kullanılması uygundur. TEŞEKKÜR Bu çalışma Yıldız Teknik Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinatörlüğü tarafından desteklenmiştir. Proje No: 22-5-2-1.
2,5 R1 R2 R3 1 R1 R2 R3 Na, mg/g KM 2, 1,5 1,,5 K, mg/g KM 9 8 7 6 5, 4 Ca, mg/g KM 7 6 5 4 3 1 Mg, mg/g KM 1 8 6 4 2 15,,4 Fe, mg/g KM 12,5 1, 7,5 5, 2,5 Mn, mg/g KM,35,3,25,,15,,1 25,1 Cu mg/g KM 15 1 Ni, mg/g KM,8,6 Cr mg/g KM 5,5,4,3,2,1 1 3 4 5 6 kompostlaştırma süresi, gün Zn mg/g KM Şekil 3 Metal değişimleri,4,,15,1,5, 1 3 4 5 6 kompostlaştırma süresi, gün
KAYNAKLAR 1. J.W.C. Wong, K.F. Mak, N.W. Chan, A. Lam, M. Fang, L.X. Zhou, Q.T. Wu, X.D. Liao, 1, Cocomposting of soybean residues and leaves in Hong Kong, Bioresource Technology, 76:99-16. 2. G. Tchobanoglous, H. Theisen, S. A. Vigil, 1993, Integrated Solid Waste Management, McGraw Hill International Editions. 3. R. Hachicha, A. Hassen, N. Jedidi, H. Kallali, 1992, Optimal Conditions for MSW Composting, BioCycle, 33:6, 76-77. 4. O. Yüksel, 1997, Çöp kompostunun toprakların fiziksel ve kimyasal özelliklerine etkisi üzerine bir araştırma, Doktora tezi, Trakya Üniversitesi, Fen Bil. Enst., Tekirdağ. 5. Y.S. Wei, Y.B. Fan, M.J. Wang and J.-S. Wang,, Composting and compost application in China, Resources, Conservation and Recycling, 3: 4, 277-3. 6. E. Erdin, Katı atıkların kompostlaştırılması ve kullanılması, http://194.27.61.166/users/eerdin/doc4.htm. 7. W.F. Brinton,, Compost qualıty standards & guıdelınes:an ınternational view, Final Report, New York State Association of Recyclers 8. A. Demir, İ. Tosun, B. Özkaya, M.S. Bilgili, A. Günay, F. Avşar, Y. Karaaslan, 2, Aerobic Composting of Municipal Solid Wastes In İstanbul: Start-Up and Operational Experiences, Appropriate Environmental and Solid Waste Management and Technologies for Developing Countries, 2:1329-1336, ISWA' 2 Dünya Çevre Kongre ve Fuarı, İstanbul. 9. A. Gomez, 1998, The evaluation of compost quality, TrAC Trends in Analytical Chemistry, 17:31-314. 1. D.W. Nelson and L.E. Sommers, D.L., Sparks, (Editor), J.M. Bartel, (Managing editor), 1996,Methods of Soil Analysis: Chemical Methods Part 3, SSSA. 11. Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 1995, APHA, AWWA, WEF, 19th Ed. 12. G. Kocasoy, 1994, Atıksu Arıtma Çamuru ve Katı Atık Kompost Örneklerinin Analiz Yöntemleri, Boğaziçi Üniversitesi, İstanbul. 13. E. Epstein, 1997, The Science of Composting, Technomic Publishing Company, Inc. 14. Q.H. Bari, A. Koenig, 1, Effect of air recirculation and reuse on composting of organic solid waste, Resources, Conservation and Recycling, 33: 93 111. 15. V.K. Sharma, M. Canditelli, F. Fortuna, G. Cornacchia, 1997, Processing of Urban and Agro-Industrial Residues by Aerobic Composting: Review, Energy Conversion & Management, 38:5, 453-478. 16. M.J. Diaz, E. Madejon, F. Lopez, R. Lopez, F. Cabrera, 2, Composting of vinasse and cotton gin waste by using two different systems, Resources, Conservation and Recycling, 34: 235 248. 17. M. Fang, J.W.C. Wong, 1999, Effects of lime amendment on availability of heavy metals and maturation in sewage sludge composting, Environmental Pollution, 16:83-89