havasiz aritma sİstemlerİ

8/7/2019 HAVASIZ ARITMA SSTEMLER

1/32

243

7. HAVASIZ ARITMA SSTEMLER

Havasz rtme, amur stabilizasyonunda kullanlan en eski prosestir. Gnmzde atksuartmndan kan konsantre amurlarn stabilizasyonun yansra baz endstriyel atksularn

ar

t

m

nda da kullan

lmaktad

r. Havas

z ar

t

ma prosesleri, yksek miktarda organik kirlilikieren atksularn artmnda olduka geni kullanm alan bulmutur. Kuvvetli atklarnartmnda haval artma proseslerine kyasla ok daha ekonomik olduu belirlenen havaszartm prosesleri son yllarda evsel atksu artmnda da kullanlmaktadr.

Havasz artma prosesleri organik maddelerin oksijensiz ortamda biyokimyasal olarakayrtrlmas esasna dayanmaktadr. Artma esnasnda oluan biyogaz yaklak olarak%65-85 metan ve %15-35 karbondioksit karmndan olumaktadr. Havasz artmateknolojilerinin geliimi 19. yzyln balarna dayanmaktadr ve II. Dnya Sava sonrasenerji kaynaklarnda yaanan kriz nedeni ile hzl bir gelime yaanmtr (Alvarez, 2003).

Havasz amur rtcler standart-hzl ve yksek-hzl olmak zere iki ana gruptatoplanabilir. Standart-hzl olanlarda reaktrde karma ve stma yoktur. Hidrolik bekletmesresi 30-60 gn olup hidrolik bekletme sresi amur yana eit veya ok yakndr.Yksek-hzl havasz reaktrlerde ise karm ve stma yaplr. Hidrolik bekletme sreleri20 gnn altnda tutulur. Kuvvetli organik atklarn anaerobik olarak artld yksek hzlreaktrlerde ise 1 gnden az hidrolik kal srelerinde bile yksek verimlerle karbonluorganik madde giderimi salanabilmektedir.

7.1. Havasz Artmaya Genel Bak

Havasz artma sistemleri biyolojik ve fizikokimyasal artmalarda oluan artma

amurlarnn stabilizasyonunda uyguland gibi endstriyel ve evsel nitelikli, askda katmadde ieren veya iermeyen sv atklarn artmnda da kullanlmaktadr.

Atksu ierisindeki organik maddelerin havasz ortamda ayrmas en basit haliyle iki temelaamada gereklemektedir. lk aamada (hidroliz ve asit fermentasyonu), organikmaddelerin asit bakterileri tarafndan organik asitlere, alkollere ve CO2ye dnmgereklemektedir. kinci aama (metan oluumu) ise asit bakterilerinin paralamareaksiyonlar sonucunda oluan rnlerin, metanojenler tarafndan metan, CO2 ve suyadntrlmesini iermektedir.

Bu prosesler sonucu oluan metan gaznn kalorifik deeri yksektir ve enerji kaynaolarak kullanlabilmektedir. Havasz artma esnasnda yalar, proteinler, karbonhidratlar,amino asitler ve organik asitler gibi kompleks veya monomer yapda olan eitli organikmaddeler paralanabilmektedir. Bu farkl reaksiyonlar sonucunda oluacak metanmiktarlar da farkllk gstermektedir. rnein; yalarn ayrmas sonucunda yksekmetan yzdesine sahip biyogaz elde edilebilirken, protein ve karbonhidratlarnparalanmasnda daha az miktarda biyogaz ve metan yzdesi elde edilmektedir (UNIDO,1992).

7.1.1 Havasz Artma Sistemlerinin stnlkleri

Havas

z prosesler, ilk uygulamalarda n ar

tma nitelerinden veya biyolojik ar

tmaproseslerinden oluan, yksek miktarda su (%95) ve organik madde ihtiva eden amurlarnartlmasnda kullanlmtr. Bu proseslerde amurun rtlmesiyle stabilizasyon


2/32

244

salanarak amur hacminde azalma ve patojen mikroorganizmalarn giderilmesisalanabilmektedir.

Yksek organik madde (BO5>1000-1500 mg/lt) ve dk kat madde ieren konsantre

at

ksular

n ar

t

lmas

nda aerobik proseslerin uygulanmas

n

n pahal

oluu havas

zproseslerin gelimesine neden olmutur (UNIDO, 1992). Havasz artma teknolojisininfaydalar ana balklarla Tablo 7.1de verilmektedir.

Tablo 7.1 Havasz Biyoteknolojinin Olumlu zellikleri (4) Proses stabilitesinin salanabilinmesi Biyoktle atnn bertaraf maliyetinin dkl Besi maddesi salama maliyetinin dkl na alan gereksiniminin azl Enerjinin korunmas ile ekolojik ve ekonomik fayda salamas letme kontrol gereksiniminin minimize edilmi olmas

Oluan gazn hava kirlenmesi asndan kontrol edilebilir olmas Kpk probleminin olmamas Havasz artlarda biyolojik olarak paralanamayan maddelerin

paralanabilmesi Atksudaki mevsimsel deiiklerde artmann stabilitesinin salanabilmesi

Havasz ile haval biyoteknolojiler karlatrldnda havasz artmann birok stn ynolduu grlmektedir. lk olarak, havasz proseslerde biyolojik byme hz aerobiksistemlere gre daha azdr. Havasz proseslerde organik maddenin sadece %5-15ibiyoktleye dnmektedir. Bu durum, artma sonrasnda biyolojik amur bertarafnn

aerobik sistemlere gre daha kolay ve dk maliyetli olacan gstermektedir.

Biyolojik proseslerde biyoktle sentezi iin ortamda fosfor ve azot gibi temel besimaddeleri mutlaka bulunmaldr. Endstriyel atksular her zaman bu maddeleri yeterlioranda ihtiva etmediklerinden biyolojik artma ncesi besi maddesi ilavesi gerekmektedir.Ancak havasz sistemlerde biyolojik byme hznn dk olmasna bal olarak ilave besimaddesi ihtiyac da daha az olmaktadr.

Havasz artma esnasnda metan gaznn olumas sistemin dier bir stnldr. Metanelektrik veya s enerjisi retimi iin kullanlabilir enerji kaynadr ve enerji deeristandart artlarda (0oC, 760 mmHg basnc) 35,8 kj/ltdir. Haval sistemlerin iletilmesi

esnasndaki yksek enerji ihtiyacna karn, havasz sistemlerde hem enerji sarfiyat dahaaz olmakta, hem de sistem kullanlabilir enerji kayna retmektedir.

Havasz sistemler ok yksek organik yklemelerde altrlabilmektedir. Buna karn,haval sistemlerde oksijen transferi snrl olduundan yksek organik ykleruygulanamamaktadr. Bu durumda, KO deeri 5000 mg/ltden byk olan atksularnartlmasnda havasz sistemlerin kullanlmas daha verimli artma salamaktadr (Rittmannve McCarty, 2001).


3/32


4/32

246

7.2. Havasz Artmann Esaslar

7.2.1 Mikrobiyolojik Prosesler

Havas

z ar

tma proseslerinde kompleks organik bileiklerin metan gaz

nadntrlmesinde eitli tr ve zellikte mikroorganizma gruplar yer almaktadr. Bukompleks organiklerin havasz ayrtrlmas hidroliz, asit retimi ve metan retimi olmakzere aamada gereklemektedir. Bu aamalarekil 7.1de gsterilmektedir.

Teorik Aamalar

hidroliz

metanretimi

yalar

yaasittleri

nkleik asitlerproteinpolisakkaritler

monosakkarit le r amino asit le r p irimidinler basitaromatikler

Dier Fermantasyon rnleri ;(propiyonat, btirat, sksnat,laktat, etanol gibi)

Metanojik Substratlar ;

(H2, CO 2, format, me tanol, metilaminler, asetat )

metan + k arbondioksit

asit retimi

ekil 7.1 Anaerobik Proseslerdeki Karbon Dnmnn ematik Gsterilmesi (6).

Birinci aama olan hidroliz kademesinde, kat veya znm halde olan ya, polisakkarit,protein ve nkleik asit gibi kompleks organik maddeler daha basit yapya dntrlr.Hidroliz hzn etkileyen en nemli faktrler pH, scaklk ve amur yadr. Ya, selloz velignin gibi hidroliz hz yava olan maddeler ieren atksularn havasz artmnda hidrolizkademesi hz snrlaycdr.

Asit retimi olan ikinci kademede ise asetojenik bakteriler birinci kademe hidrolizrnlerini asetik, btirik, izobtirik, valerik ve izovalerik asit gibi ikiden daha fazlakarbonlu ya asitlerine dntrrler. Kararlartlarda ya asitleri konsantrasyonu oldukadk seviyelerdedir (100-300 mgHAc/l) (ztrk, 1999). Kararl olmayan artlarda rneinhavasz reaktrn devreye alnmas aamasnda uucu asit konsantrasyonu 1000-1500 mgHAc/lye ulaabilir.

nc aama olan metan retimi kademesinde de dier iki kademede oluan rnlermetan reten bakterilerce metan gazna dntrlr. Metan retimi yava bir sre oluphavasz artmada hz snrlayc safhadr. Metan, asetik asidin paralanmas ve/veya H2 ile


5/32

247

CO2in sentezi sonucu retilir. Oluan metann yaklak %30u H2 ve CO2den, %70i iseasetik asidin paralanmasndan olumaktadr. Hidrojenden metan oluumu, hidrojeninelektron vericisi ve karbondioksidin elektron alcs olarak kullanlmas ilegereklemektedir. Asetattan metan oluumu ise, fermantasyon reaksiyonlar sonucu

astetat

n metil grubundan metan

n, karboksil grubundan da karbondioksidin olumas

ilegereklemektedir. Bu kompleks ve birbirlerine etki eden prokaryotik organizmalarliteratrde temel olarak asit bakterileri ve metanojenler olarak tanmlanmaktadr.

Kompleks organiklerin metan gazna dntrlmesi esnasnda proseslerde organik asit vehidrojen oluum hz metan oluum hzna gre daha hzldr. Bunun sebebi, ilk aamadagerekleen fermantasyon reaksiyonlarnda oluan serbest enerjinin metanoluumundakinden daha fazla olmasdr. Bu nedenle, metanojenlerin oalma hzlardktr ve proseste hz kstlaycdrlar. Ancak, hidrolizi zor olan kompleks yapdakiorganikleri ieren atksu veya amurun ayrtrlmasnda hidroliz aamas hz kstlaycaama olmaktadr (Rittmann ve McCarty, 2001).

7.2.2 Mikrobiyolojik Yap

Anaerobik bozunma prosesi sresince birbirleriyle etkileim halinde olanmikroorganizmalarn birinci grubu, organik polimer ve yalarn, monosakkaritler ve aminoasitler gibi daha basit ve temel yaplara hidrolizinden sorumludurlar. kinci grup anaerobikbakteriler ise paralanm rnleri organik asitlere dntrrler. Bu gruptakimikroorganizmalar metanojik olmayan, fakltatif ve zorunlu anaerobik bakterilerdir.Bunlar literatrde asitojenler veya asit reticiler olarak adlandrlrlar. Bu hidroliz vefermantasyon bakterilerine Clostridium spp., Peptococcus anaerobus, Bifidobacteriumspp., Desulphovibrio spp., Corynebacterium spp., Lactobacillus, Actinomyces,

Staphylococcus ve Escherichia coli gibi rnekler verilebilir. nc grupmikroorganizmalar da temel olarak, hidrojen (H2 + CO2) ve asetik asitten, metan gaz veCO2 retenlerdir. Dier substrat kaynaklar format, metanol ve metilaminlerdir. Bumikroorganizmalarn gerekletirdii metan oluum reaksiyonlar aada verilmektedir.Bu organizmalar anaerobiktirler ve metanojenler (archaea) veya metan reticilerolarak adlandrlrlar. Bu organizmalarda, ubuksu olan Methanobacterium veMethanobacillus ile kresel olan Methanococcus ve Methanosarcina proseste hakimdurumdadr.

(H2 ve CO2 iin) 4H2 + CO2 CH4 + 2H2O (7.1)

(format iin) 4HCOOH CH4 + 3CO2 + 2H2O (7.2)

(asetik asit iin) CH3COOH CH4 + CO2 (7.3)

(metanol iin) 4CH3OH 3CH4 + CO2 + 2H2O (7.4)

(metilamin iin) 4(CH3)3N + H2O 9CH4 + 3CO2 + 6H2O + 4NH3 (7.5)

Havasz artma prosesleri ierisinde birbirleriyle iliki halinde olan tm bumikroorganizmalar arasndaki enerji akm ematik olarakekil 7.2de gsterilmektedir.

Sistem stabilitesinin amalanan ekilde elde edilebilmesi iin yukarda ifade edilmi olanhidroliz, fermantasyon ve metanojenler birbirleriyle dinamik dengede olmalar gereklidir.Bu stabilitenin salanabilmesi temel olarak, ortamda oksijenin ve inhibe edici


6/32

248

kimyasallarn bulunmamasna ve gerekli evre artlarnn salanmasna baldr.(Tchobanoglous ve Burton, 1991).

Kompleksorganikler

Yksekorganik asitler

H2

Asetik asit

CH4

Hidroliz ve Fremantasyon Asit oluumu Metan oluumu

%4

%76

%20

%24

%52

%28

%72

ekil 7.2 Havasz Proseslerde Enerji Akm (6)

7.2.3 BiyoreaksiyonlarHavasz artma proseslerinde organik maddelerin paralanmas ok sayda mikrobiyalpopulasyon ile gereklemektedir. Bakteri trlerinin ok olmas paralanmadaki reaksiyonadmlarn da eitli ve kompleks hale getirmektedir. Paralanma reaksiyonlarndakiadmlarn KO akm yzdeleriyle gsterimi ekil 7.3te verilmektedir. Bu reaksiyonlarsalayan mikroorganizma populasyonlarnn dalm substrat yapsna, proses sresince

oluan ara rnlerin konsantrasyonlarna ve pH, scaklk, H2 konsantrasyonu gibi evreselartlara baldr. Biyoreaksiyon admlaru ekilde tanmlanmaktadr:

Polimerlerin monomerik organiklere hidrolizi hidrolitik mikroorganizmalartarafndan gerekletirilir. Bu trler znm veya znmemi halde bulunanyksek molekler arlkl organik bileiklerin indirgenmesini salayan enzimleresahiptirler ve rettikleri enzim trne gre snflandrlrlar. Ortamda eker veyaamino asit birikmesiyle inhibe olurlar.

Monomerik organik substratlardan hidrojen veya format, CO2, pirvat, uucu yaasitleri, etanol ve laktik asit gibi dier organik rnlerin olumas fermantasyon

bakterileri tarafndan gerekletirilir. Bu reaksiyonlar bakterilerin bnyelerindemeydana gelmektedir.

ndirgenmi bileiklerin H2, CO2 ve asetata oksidasyonu hidrojen reten asitojenler(OHPAs) tarafndan gerekletirilir.

Bikarbonatlarn asitojenik solunumu homoasitojenlerce (HA) olmaktadr. Ancak bubakteriler hidrojen tkettikleri iin metanojenler ile rekabete girerler.

Ortamda slfat veya nitrat olmas durumunda alkoller, btirik ve propiyonik asitler

gibi indirgenmi bileiklerin CO2 ve asetata oksidasyonu slfat indirgeyen (SRB) venitrat indirgeyen (NRB) bakteriler tarafndan gerekletirilir. SRB ve NRBler asetatn karbondioksite oksidasyonunu gerekletirirler.


7/32

249

SRB ve NRBler hidrojenin oksidasyonunda da rol oynarlar.

Asetik asidin metana dnm metanojenler tarafndan salanr. Bunlar asetikasidi kullanarak metan reten arkeleridir (AMA) ve en nemlileri Methanothrix ile

Methanosarcina dr. Her iki mikroorganizmann oalma hzlar dktr veikilenme sreleri yaklak olarak 24 saattir. Ayrca bunlarn aktiviteleri ortamdakihidrojenin varlna baldr.

Karbondioksitten metan oluumu hidrojen kullanan metanojenler (HMB)tarafndan gerekletirilen metanojik solunum ile olur. Bunlar AMAlara gre dahahzl oalrlar ve ikilenme sreleri 4 ila 6 saat arasndadr (Alvarez, 2003).

HDROLZ

KARBONHDRATLARPROTENLER LPDLER

PARTKLER ORGANK MADDELER

AMNO ASTLER, EKERLER YAASTLER

ARA RNLERPROPYONK AST, BTRK AST

H2, CO2, Etanol

ASETAT HDROJEN

METAN

FERMENTASYON

ANAEROBKOKSDASYON(Oksidasyonu)

% 21 % 40 % 5 % 34

% 39

% 34

% 34

% 11

% 23% 8% 11

% 20

% 12

% 70 % 30

% 35

% 20

% 66

% 21

% 100 KO

% 100 KO

~% 0

% 46

HDROLZ

KARBONHDRATLARPROTENLER LPDLER

PARTKLER ORGANK MADDELER

AMNO ASTLER, EKERLER YAASTLER

ARA RNLERPROPYONK AST, BTRK AST

H2, CO2, Etanol

ASETAT HDROJEN

METAN

FERMENTASYON

ANAEROBKOKSDASYON(Oksidasyonu)

% 21 % 40 % 5 % 34

% 39

% 34

% 34

% 11

% 23% 8% 11

% 20

% 12

% 70 % 30

% 35

% 20

% 66

% 21

% 100 KO

% 100 KO

~% 0

% 46

ekil 7.3 Kompleks Maddelerin Biyoreaksiyon Admlar (1)

Yukarda ifade edilen biyoreaksiyonlarn serbest enerji deerleri Tablo 7.3teverilmektedir.


8/32

250

Tablo 7.3 Baz Anaerobik Biyoreaksiyonlarn Serbest Enerji Deerleri (1).

Reaksiyon G0, kj

Oksidasyon Reaksiyonlar

propiyonat asetat CH3CH2COO-

+ 3H2O CH3COO- + H+ + HCO3

- + 3H2+76,1

btirat asetatCH3CH2CH2COO

- + 2H2O 2CH3COO

- + H+ + 2H2+48,1

etanol asetatCH3CH2OH + H2O CH3COO

- + H+ + 2H2+9,6

laktat asetatCHCHOHCOO- + 2H2O CH3COO

- + HCO3- + H+ + 2H2

-4,2

laktat propiyonat3CHCHOHCOO-2CH3CH2COO

- + CH3COO- + H+ + HCO3

--165

laktat btirat 2CHCHOHCOO-

+ 2H2O CH3CH2CH2COO- + 2HCO3

- + 2H2 -56

asetat metan CH3COO- + H2O HCO3

- + CH4 -31

glikoz asetatC6H12O6 + 4H2O 2CH3COO

- + 2HCO3- + 4H+ + 4H2

-206

glikoz etanolC6H12O6 + 2H2O 2CH3CH2OH + 2HCO3

- + 2H+-226

glikoz laktat C6H12O6 2CHCHOHCOO- + 2H+ -198

glikoz propiyonat

C6H12O6 + 2H22CH3CH2COO

- + 2H2O + 2H+

-358

Solunum Reaksiyonlar

HCO3- asetat HCO3

- + 4H2 + H+ CH3COO

- + 4H2O -104,6

HCO3- metan HCO3

- + 4H2 + H+ CH4 + 3H2O -135,6

sulfat slfidSO4

2- + 4H2 + H+ HS- + 4H2O

CH3COO- + SO4

2- + H+ 2HCO3- + H2S

-151,9-59,9

nitrat amonyakNO3

- + 4H2 + 2H+ NH4

+ + 3H2OCH3COO

- + NO- + H+ + H2O 2HCO3- + NH4

+-599,6-511,4

nitrat azot gaz 2NO3- + 5H2 + 2H

+ N2 + 6H2O -1120,5

7.2.4 Mikroorganizmalar Arasndaki Karlkllikiler

Havasz artmada 3 grup bakterinin ortak almas gerekmektedir. Asetat kullananmetanojenler fermantasyon bakterileri ile mterek alarak asetik asit konsantrasyonunuve pH deerini kontrol ederler. Asetat kullanan metanojenlerin oalma hzlarfermantasyon bakterilerine gre daha yava olduundan organik ykn artmas durumundaasit retimi istenilen dzeyde gerekleebildii halde, metan retimi ayn hzda olmayabilirve reaktrde ar asit birikimi ile karlalabilir.

Gaz fazndaki H2 konsantrasyonunun artmas halinde hidrojen kullanan bakterilerce CO2 veH2den CH4 retimi azalmaktadr. Organik madde ani olarak verildiinde fermantasyon


9/32

251

bakterileri bu ok yke ksa srede uyum gstererek asetik asit ve hidrojen gaz retirler.Ancak, bu durum pHy drr ve metanojenlerin rol oynad reaksiyonlarn hznyavalatarak ortamda H2 birikmesine neden olur.

Kompleks organik maddelerin metana dntrlmesinde hidrojen reten ve hidrojenkullanan mikroorganizmalarn yine mterek almas nemlidir. Buna gre, propiyonikasidin asetik asit ve hidrojene paralanabilmesi iin ortamdaki H2nin ksmi basncnn 10

-4

atmosferi (100 mg/lt) amamas gerekmektedir. Bu dk basn ortamnda hidrojenkullanan metanojenler iin gerekli enerji ksmi basncn 1 atm olmas haline gre nemlilde azaltlm olmakta ve sonu olarak reaksiyon kolaylamaktadr. Dier bir deilebirim hacim H2yi kullanmak iin gerekli bakteri miktar daha az olmaktadr. Bu nedenle,H2 kullanan metan arkelerinin maksimum hzla faaliyeti iin H2 ksmi basncnn 10

-4-10-6atm aralnda tutulmas byk nem tamaktadr (3).

Ortamda elektron vericisi olarak slfatn bulunmas durumunda, slfat indirgeyen

bakteriler aktif hale gelmektedir. Slfatn slfide indirgenmesi esnasnda hidrojenkullanm vardr. Bu durumda, slfat indirgeyen bakteriler, metanojen ve homoasitojenlerlerekabete girerler. Ortamda H2 konsantrasyonunun kstl olmas durumunda, rekabethalinde olan bu bakterilerin aktiviteleri, slfatindirgeyenler>metanojenler>homoasitojenlereklinde sralanmaktadr ve prosesteki biyolojik denge bozulmu olur (7).

7.2.5 Metanojen Populasyonun pH ile Deiimi

Anaerobik artmada pH temel proses kontrol parametrelerindendir. Metanojenler pHdeiimine hassastrlar ve buna bal olarak da, metan retimindeki reaksiyonlar deiiklikgstermektedir. Metan gaznn hidrojen veya asetik asit kullanlarak meydama gelme

yzdeleri en ufak pH deiimi ile farkllk gsterir. Biyoreaksiyon admlarndaki budeiim ekil 7.4te verilmektedir. Burada pHnn 7,0 deeri ve pHnn 5,0-6,0aralndaki deerleri iin metanoln paralanma reaksiyonlarndaki baskn admlargsterilmektedir.

ekil 7.4 Metanolden Metan retimi (a) pH7,0 iin, (b) pH=5,0-6,0 iin (8)

Metanolden metan retimi aamalarnda pH7,0 deeri iin I. ve II. admlarn basknolduu ve ortamda asetik asit birikiminin yaanmad belirlenmi. Buna karlk olarak,

metanol UYA asetat CH4

CO2

+

(a)

metanol UYA asetat CH4

CO2+

(b)


10/32

252

pH=5,0-6,0 aralnda ise metan oluumunda hidrojen kullanan metanojenlerin daha aktifolduu grlm. Sonu olarak, ortamda asetik asit birikmesi gzlenmi ve bununnedeninin dk pH deerlerinde asetik asitten metan oluumunu salayan metanojenlerinaktivitesinin dmesi olduu saptanm. (8).

7.2.6 Biyogaz retimi

Havasz artma prosesinde son rn olarak retilen metann KOI edeeri aadaki bantyardm ile hesaplanabilir:

CH4+2O2CO2+2H2O (7.6)

Denkleme gre standart artlar altnda (0oC, 1atm basnta) 1 mol CH4 n (22.4 litre)oksidasyonu iin 2 mol (64gr) O2 gereklidir. Standart artlarda giderilen 1 gr KOI iin 0.35l CH4 retilir. Bu miktar, 35

oC scaklk ve 1atm basnta 0.395 l CH4/gr KOIgid e tekabl

etmektedir.

Mezofilik iletme artlarnda endstriyel lekli havasz artma tesislerinde 0.2-0.5 m3 gaz/kg KOI (giderilen) mertebesinde biyogaz olumaktadr. Biyogazn enerji deeri 6.5-8 kw-sa/m3 olup, %65-80 orannda metan iermektedir (Tablo 7.4). Yakma ekipmanndaortalama verim %80 alnarak, giderilen 1kg KOInn enerji deeri:

0.3 x 0.80 x (6.58) 1.56-1.92 kw-h olarak bulunur.

Tablo 7.4 eitli atklardan retilen biyogazlarn CH4 ierii ve enerji ierikleriBiyogaz tipi CH4

%

Enerji ierii

kw-sa/m3

amur rtc 60-70 6-7

Havasz endstriyel atksu artma tesisi gaz 50-85 5.8.5

iftlik atklarnn havasz artmndan kan gaz 55-75 5.5-7.5

p depolama sahas gaz 35-55 3.5-5.5

Enerji dnm verimi klasik iten yanmal motorlarda %30, gaz trbinlerinde ise %50

civar

ndad

r.

7.2.7 Havasz Artmda Alkalinite htiyac

CO2 ksmi basnc ile ortamdaki karbonat konsantrasyonu arasnda (7.8) daki iliki vardr.

[H2CO3]=kH.PCO2 (7.8)

[ ][ ]32

31

.

COH

HHCOk

+

= (7.9)

[ ]_3

1 2.HCO

PkkH

COH=+ (7.10)


11/32

253

T=35oC de:

Iyonik g (IG) = 0.2 iin k1 = 10-6

IG = 0 iin k1 = 0.48x10-6

kH = 0.0246 mol/l-atm[H+] = 12.8x10-4 [PCO2/BAlk], IG = 0.2[H+] = 6.2x10-4 [PCO2/BAlk], IG = 0.0

Toplam alkalinite bikarbonat alkalinitesi ve uucu asit alkalinitesi arasnda (7.10) daverilen bant geerlidir:

TA=B.Alk+(0.83)(0.85)TUA (7.11)

Burada:B.Alk : bikarbonat alkalinitesi, mgCaCO3/l,

TUA : toplam uucu asit alkalinitesi, mgHAc/l,0.85 : pH=4 de titre edilen TUAnin %85 ini0.83 : CaCO3(e.a)/HAc(e.a)=50/60e.a : edeer arlk

TUA alkalinitesi H2CO3n tamponlanmasnda katk salar, ancak iyonize olmam uucuasitlerin tamponlanmasnda yetersiz kalr. Bu yzden TUA alkalinitesinin tampon etkisiihmal edilir. Bikarbonat alkalinitesi nem tar. Bikarbonat alkalinitesi hesaplanrken asittitrasyonu pH = 4.0-4.2 yerine 5.8 de kesilir. Bu pHda B.Alkalinitesinin %80i, TUAalkalinitesinin ise ok kk bir ksm titre edilmi olur.

Havasz reaktrlerde pH>6.2-6.5 ise belli miktarda rezerv alkalinite vardr. Rezervalkalinite sadece B.Alkalinitesini yanstr.

Havasz sistemlerde alkalinite ihtiyacn azaltmak zere: Artlm su geri devri, retilen biyogazn bnyesindeki CO2 in alkali sv zeltilerde (kire, kostik)

absorblandktan sonra reaktr tabanndan geri beslenmesi, Termofilikartlarda iletme, Faz ayrm,

gibi yntemler uygulanr.

7.2.8 Slfatn Havasz Artmaya Etkisi

Baz endstriyel atksularda ve evsel atksularda bulunan slfat iyonlar havasz artmsrasnda slfr iyonlarna dnr. Slfr iyonlarnn havasz artm inhibe etmesi yansra, artma ekipmanlarnda korozyona ve kokuya yol amas sebebiyle slfat ierenatksularn havasz ayrtrlmas srasnda dikkatle izlenmelidir.

Havasz ayrma srasnda ortamdaki slfat iyonlar slfat indirgeyen bakterilerin (SRB)artmasna neden olur. Slfat indirgeyen bakteriler metan indirgeyen bakterilerle aynsubstarat iin (H2 ve asetat) yarrlar. Slfatn asetik asit kullanarak hidrojen ve slfre

dnm reaksiyonu(6):

CH3COOH+SO4-2H2S+2HCO3

- (7.12)


12/32

254

Genel reaksiyon ise (7.8) deki gibi yazlabilir:

2C + SO4-2 + 2H2O H2S + 2HCO3

- (7.13)

Slfat indirgeyici bakteriler asetat d

nda ekerler, alkoller, poliol, gliserol, amino asitler,fenolik bileikler, propiyonik asit, peynir alt suyu, laktik asit, sitrik asit, ve evsel atksugibi substratlar da kullanrlar (5,6,7,8).

Slfat indirgenmesinden dolay iki tr inhibisyon olur (4): 1) substrat iin rekabettendolay, 2) znm slfr iyonlarnn metanojenlerin hcre fonksiyonlarnetkilemelerinden dolay olan inhibisyon.

Sv fazda ortam pH na bal olarak H2S, S-2 ve H+ iyonlar arasnda bir denge vardr.

H2S 2H+ + S-2 (7.14)

Nispeten asidik ortamda S n byk blm daha az toksik olan H2S halindedir.Atksudaki KOI/SO4 > 10 ise oluan slfrn byk blm H2S formunda ve gaz fazda,KOI/SO4 < 10 ise oluan slfrn byk blm S

-2 formunda ve sv fazda bulunur.Havasz artlm su kndaki S-2 ani oksijen ihtiyacna yol aacandan artlm suyunyzey sularna dearjnda dikkate alnmaldr.

7.3 Havasz Artma Teknolojileri

Havasz reaktrler st ksm kapal ve hava ile temas olmayacakekilde ina edilirler. Tankierisinde karm atksuyun tabandan beslenmesi, oluan biyogazn hareketi veya geri

devri, mekanik kartrclar ve amur geri devri yoluyla salanmaktadr. Ayrmann dahahzl ve tam olmas iin reaktr stlr. Bunun iin gerekli olan enerji, proses esnasndaoluan biyogazdan salanabilmektedir. Tm reaktrlerde sv-kat-gaz fazlarnnbirbirlerinde ayrlmas amalanmaktadr (2).

7.3.1 Havasz Reaktr Tipleri

Anaerobik reaktr tipleri; mikroorganizmalarn askda oald reaktrler ve biyofilmlireaktrler olmak zere iki snfa ayrlmaktadr.

7.3.1.1 Askda oalan Sistemler

Askda oalan sistemlerin balca uygulamalar: Klasik Havasz rtcler Havasz Temas Reaktrleri Membranl Havasz Reaktrler Havasz amur Yatakl Reaktrlerdir.

Bu sistemlerin reaktr tipleri ekil 7.5te verilmektedir.

Klasik anaerobik rtcler; tam karml ve geri devirsiz reaktrlerdir. Geri devirsiz

olduklarndan amur ya hidrolik bekletme sresine eittir. Yava oalan metanarkelerinin sistemden ykanmamas iin amur ya en az 10 gn olmaldr. Bu nedenle, 15-20 gnlk hidrolik bekletme srelerinde iletilirler ve buna bal olarakta, reaktr hacimleri


13/32

255

byktr. Hem hacmin bykl, hem de k suyundaki askda kat maddekonsantrasyonunun ykseklii bu sistemlerin en nemli mahzurlarndandr. Uygulamada,atksularn artlmasndan ziyade artma amurlarnn rtlmesi iin kullanlrlar.

ekil 7.5 Askda oalan Reaktr Tipleri (3)

Havasz temas reaktrleri, klasik anaerobik rtclere ktrme tank ilavesi ilegelitirilmitir. ktrme tanknn olmas, sisteme geri devir yaplabilmesini mmknkldndan daha uzun amur yalarnda iletilebilirler. Bylece, hidrolik bekletme sresiazaltlarak reaktr hacimleri kltlmektedir (3). Bu sistemlerde yaanan en nemliproblem amurun ktrlmesidir. ktrme tankna k suyu ile aktarlan biyoktlektrme esnasnda da biyogaz oluturmaya devam eder ve ktrme istenilen etkinlieulaamaz (5). ktrme verimini arttrmak iin vakumlu gaz ayrc, termal ok veyaplakal kelticiler kullanlmaktadr.

Membranl havasz reaktrlerde ana reaktr tam karml bir anaerobik reaktr olup katmadde ayrm iin keltme yerine ultrafiltrasyon birimi kullanlr. Membran zerindeakarken suyu alnan biyoktle sisteme geri dndrlerek amur ya istenilen seviyedetutulmaktadr. Genelde KO deeri 10000 mg/ltnin zerindeki konsantre ve debisi kkendstriyel atksular iin uygun sistemlerdir.

Havasz amur yatakl reaktrlerde (HYR) artma, reaktrn alt ksmndaki granleramur yata ile bunun st kesimindeki amur rtsnde gerekleir. Beslenen atn

organik madde muhtevas

na bal

olarak kuvvetli at

klarda amur yata

, seyreltik at

klardaise amur rts artmada arlkl rol oynamaktadr (3). Reaktre atksu tabandan, uygunyukar akm hznda verilerek reaktrde amur yatann genlemesi salanr ve bununsonucu olarak, granler amur ile atksuyun temas arttrlm olur. amur yatanngenlemesi ile etkin kelmenin birlikte salanabilmesi iin gerekli akm hz 0,5-3m/saattir. Ancak, gerekli karmn salanamad durumlarda bu deer 6,0 m/saate kadararttrlabilir (15). Yaplan aratrmalar sonucunda, granler amur oluumunun 15 mg/ltCa2+ ile arttrlabilecei ve 5-10 mg/lt Fe2+ ilavesi ile de filamentli bakterilerin oluumununengellenebilecei bulunmutur. Stabilitesi salanm reaktrn amur yatanda 100-150gr/lt konsantrasyonlarnda amur olabilmektedir. Bu da, yksek organik yklemelerdealmay mmkn klmaktadr. Pilot tesislerde yaplan almalarda, 15-40 kg KO/m3-gn

araldaki yklemelerde 3-8 saatlik bekletme sreleri ile etkin giderme verimlerininsalanabilecei tespit edilmitir.

Klasik Anaerobikrtc

Havasz TemasReaktr

Havasz amur YataklReaktr (HYR)

Membranl HavaszReaktr

Gaz

Giri

Gaz

Giri

Gaz

Giri

Gaz

Giri


14/32

256

HYR sisteminde anaerobik ayrma atksu amur yatandan yukar karken gerekleirve biyogaz retimi olur. Oluan biyogaz reaktrn sv-kat-gaz ayrc birimine ulatndaortamdan ayrlr. Bu esnada, yukar ulaan biyoktle de sv fazdan ayrlarak tekrar amuryatana dner ve kta kat madde gzlenmez (14).

Reatrn proses stabilitesi, amur kelmesinde yaanan problemlerden veya granleramurun aktivitesinin dmesinden kolayca etkilenmektedir. amurun kelmesindeyaanan problemler amur yatann homojenliini bozar ve amurun ar kabararakkamasna neden olur. Atksu ierisindeki inorganik yapnn artmas ise granler amurunaktivitesinin dmesine neden olabilmektedir. Ayrca, giri suyunda askda kat madde veya muhtevasnn artmas tkanma, amur yatanda kanallanma ve kpk oluumu gibiiletme problemlerinin ortaya kmasna neden olmaktadr (15).

7.3.1.2 Biyofilm Sistemleri

Biyofilm sistemlerinin balca uygulamalar: Havasz Akkan Yatakl Reaktrler (HAYR) Havasz Filtreler (HF) Havasz Dner Diskler Perdeli Reaktrlerdir.

Bu sistemlerin reaktr tipleri ekil 7.6da verilmektedir.

ekil 7.6 Biyofilm Sistemlerinin Reaktr Tipleri (3)

Havasz akkan yatakl reaktrlerde (HAYR) biyoktle akkan haldeki, 0,1-0,6 mm apl

kum, antrasit, aktif karbon gibi ince tanecikli yatak malzemesi zerinde tutunur. Akkanhaldeki yatak malzemesinin zerinde 30000 mg/lt gibi yksek konsantrasyonlardabiyoktle tutulabilmektedir. HAYRler 40-60 kg KO/m3-gn gibi yksek organik ykleruygulanabilen ve hidrolik bekletme sresi 1,5-3 saate kadar indirilebilen sistemlerdir.Bunlarn en byk mahzuru, yatan akkan tutulabilmesi iin gerekli olan geri devirdekiterfi maliyetidir.

Havasz filtreler; ierisinde krma ta veya plastik dolgu malzemesi bulunan reaktrlerdir.Yukar veya aa akl olarak iletilebilirler. Dolgu malzemesi bakterilerin tutunmas iinyzeyi arttrr. Bununla birlikte, yaplan almalar sonucunda, filtre ierisindeki mevcutbiyoktlenin takriben %60nn filtre malzemesinin boluklarnda olduu ve artmann

byk bir ksmnn burada gerekletii tespit edilmitir. 100,000 mg/ltkonsantrasyonlarnda biyoktle filtre iinde tutulabilmektedir. eitli inhibitrlerkarsnda biyoktle kayb snrl olup, sistemin yeni durumlara uyum salamas daha rahat

Havasz Filtre (HF)(Yukar Akl)

Gaz

Giri

Havasz Filtre (HF)(Aa Akl)

Gaz

Giri

Havasz AkkanYatakl Reaktr (HAYR)

Gaz

Giri

GeriDevir

Perdeli Reaktr

Gaz

Giri


15/32

257

olabilmektedir. Buna karlk olarak, biyofilm teekklnn zaman almas, yksek orandaaskda kat madde ihtiva eden atksularda tkanma, kanallanma ve ksa devre ihtimallerioluu ve zellikle dolgu malzemesinin pahal olmas bu reaktrlerin nemlimahzurlarndandr (3).

7.3.1.3 Dier Sistemler

Farkl olarak uygulanan dier reaktr tiplerinin balcalar: Hibrid Filtreler ki Kademeli Reaktrler Havasz Kompost Reaktrleridir.

Bu uygulama tipleri ekil 7.7de verilmektedir.

Havasz amur YataklFiltre (HYF)

Gaz

Giri

GeriDevir

Havasz Kompost Reaktr

KesikliGiri Gaz

Gaz

GiriGaz

AsitReaktr

MetanReaktr

ki Kademeli Reaktr

ekil 7.7 Uygulanan Dier Reaktr Tipleri (3)

Hibrid filtreler; alt ksm havasz amur yata st ksm ise havasz filtre olarak tekiledilir. Filtre ksmndaki dolgu malzemesi ykseklii 2 mden az olmayacak ekilde filtreksm toplam hacmin %50-70ini kapsamaldr. Bu reaktrlerde biyolojik artmann bykksm amur yatanda gerekleir. st ksmdaki filtre yaps sv ve kat fazlarnnayrmn salar ve biyoktle kan engeller. Ancak son uygulamalarda dolgu malzemesiiinden geen biyogazdan dolay kelmede istenilen etkinliin salanamadsaptanmtr. Bu nedenle, dolgulu ksmn reaktr dnda ayrca tekilinin daha faydalolaca belirtilmitir. Havasz amur yatakl filtrenin 5-10 kgKO/m3-gnlk organikyklerde baaryla alan birok kurulu rnei bulunmaktadr.

ki kademeli reaktrlerde, asit ve metan retimi ayr reaktrlerde gerekletirilir. Fazayrmnn uygulanmasyla havasz artmada organik ykn %50'ye yakn orandaarttrlmas mmkndr. Byle bir uygulama ile toplam hacimde %30-40 orannda birklme salanabilmektedir. Tam karml bir havasz tank veya derin havasz lagn asitreaktr olarak kullanlabilir (3).

Havasz reaktrlerin, tek veya iki kademeli iletmelerine gre genel karlatrlmas Tablo7.5de verilmektedir.


16/32

258

Tablo 7.5 Tek ve ki Kademeli letmenin Mukayesesi (3)Tek Kademli ki Kademeli

stnlkleri

o Daha az yatrm maliyeti

oletme ve kontrol kolayl

o Daha hzl iletmeye almao Prosesin daha kararl olmas

o Ar

tma veriminin daha yksek oluuo Kat organik maddelerin daha iyiayrmas

o

Kstlar

o Daha uzun srede iletmeye almao Daha kararsz proseso Organik yk deiimlerine daha

hassas oluu

o Daha yksek yatrm maliyetio Kontrolun daha zor oluuo Dikkatli pH kontrolu gereklilii

7.3.2 Havasz Reaktrlerin Karlatrlmas

Hacimsel organik yk olabildiince ykseltilmesi havasz reaktr hacminin kltlmesive karlalan problemlerin giderilmesi iin gelitirilen havasz artma sistemlerininorganik yk ve KO giderme verimleri bakmndan karlatrlmalar Tablo 7.6daverilmektedir.

Tablo 7.6 Havasz Artma Sistemlerinin, Organik Yk ve Verim BakmndanKarlatrlmas (3)

Reaktr TipiOrganik Yk(kg KO/m3-gn)

KO Giderme Verimi%

Havasz Temas Reaktr 1-6 80-95

Havasz Filtre 1-18 80-95

Havasz Akkan Yatakl Reaktr 1-60 80-90

Havasz amur Yatkl Reaktr 5-15 85-95

Membranl Havasz Reaktr 1-30 85-95

Endstriyel atksularn artm uygulamalarnda yaygn olarak kullanlan havasz amuryatakl reaktrlerde, havasz filtrelerde ve havasz akkan yatakl reaktrlerde yaanan ennemli iletme sorunlar Tablo 7.7de verilmektedir. Ayrca, yaygn olarak kullanlanreaktrlerin genel avantajlar ve kstlar Tablo 7.8de belirtilmektedir.


17/32

259

Tablo 7.7 HYR, HF ve HAYR Sistemlerinin Balca letme Sorunlar (3)HYR HF HAYR

Yatak genlemesininkontrol glDeiken giri suyuzelliklerine bal prosesstabilitesi sorunuok yklerde biyoktlekaybnert kat madde birikimiBiyoktle yzmesi

Giri akmnn niformdatma zorluuYatakta tkanma ve

kanallanma riskiFiltrenin peryodik olarak

geri ykanma gereinert kat madde birikimikta AKM ayrma

(kelme) ihtiyac

Yatak genlemesini

kontrol glGiri akmn niformdatma gl

Biyopartikl kaAkkanlamazelliklerinin deikenlii

Biyofilm kopmasVanalarda arzaSrekli geri devir

Gerei

7.4 letmeye Alma ve Proses Kontrol

Havasz artma srelerinde birok faktr artma verimini etkilemektedir. Bunlar; hidrolikbekletme sresi (HBS), amur ya ve hacimsel organik ykleme (Lv) gibi yklemefaktrleri, scaklk, pH, besi maddesi, toksit maddeler gibi evresel faktrler veyakartrma ve atksu zellikleri gibi iletme faktrleridir (16). Bunlara bal olarak, proseskontrolnn hassas ve zor oluu, iletmeye alma sresinin uzun olamas anaerobiksistemlerin yaygn olarak kullanlmasn engellemektedir (3).

7.4.1 evre artlar

7.4.1.1 letmeye Alma

Baarl iletmeye alma aamas ve uygun iletilme ile anaerobik sistemler mikrobiyalolarak dengeye gelir ve stabil verimler elde edilir. Bu dengenin kurulmas ncelikle uygunann kullanlmasyla olur. Daha sonra, iletmeye alma sresince organik asit oluumununve pHnn srekli kontrol gereklidir (5).

Dk hzl reaktrlerde (Lv= 1-5 kgKO/m3-gn) iletmeye alma sresi daha dk

biyoktle konsantrasyonlarnda ve daha ksa srelerde tamamlanr. Buna karlk oarak,yksek hzl (Lv= 5-25 kgKO/m3-gn) havasz sistemler iin daha yksek reaktrbiyoktle konsantrasyonlarna ihtiya vardr. letmeye alma sresini etkileyen balcafaktrler Tablo 7.9da verilmektedir. Organik madde miktarnn biyoktlekonsantrasyonuna oran (F/M) 0,5-1 kgKO/kgUKM-gn iin dk ve yksek hzlhavasz reaktrlerde olmas gerekli aktif biyoktle konsantrasyonlar srasyla 2000-10000mg/lt ve 10000-50000 mg/lt aralklarnda kalmaldr. Dk biyoktle sentezi (Y), azellikleri ve biyoktle birikme verimine bal olarak yksek hzl havasz sistemlerdekararl mikrobiyolojik denge haline ulalabilmesi iin, 1-12 aylk sreler gereklidir.Termofilik reaktrlerde, Y deerleri daha da dk olduundan bu sre bir ylaulamaktadr.


18/32

260

Tablo 7.8 Havasz Reaktrlerin stnlk ve Kstlar (16)

Avantajlar Kstlar

Klasik

Havasz

rtc

Farkl atksular iin uygundurYksek askda kat madde ieren atksularda

etkili olarak uygulanrTam karm ile homojen ortam kolaylkla

salanrVerim amur stabilitesine bal deildirzellikle biyolojik amurda etkili artm salar

Geni reaktr hacmi gerekli

Paralanamayan organik maddegirii ile k kalitesi der Ar biyoktle olmas k

katitesini drr Dk amur yamalarnda

stabilite ve verim ok der Mekanik kartrc gerekli

Havasz

Temas

Reaktr

Konsantre atksular iin uygundurTam karm ile homojen ortam kolaylkla

salanrDierlerine gre daha yksek kaliteli k suyu

elde edilirKlasik havasz rtcye gre reaktr hacmi

azdrzellikle biyolojik amurda etkili artm salarProses kontrol kolaylkla yaplr

Biyoktle stabilitesi etkin verimiin kritiktir

Sistem mekanik olarakkomplekstir

Dk hidrolik bekletmesrelerinde stabilite salanamaz

Havasz

amur

yatakl

reaktr

Yksek biyoktle konsantrasyonlar ve uzunamur yalar salanr

Yksek hacimsel organik yklemeyaplabildiinden hacimleri ok daha azdr

Yksek kalitede k salanrMekanii kolaydrEtkin karm salanr

Verim granler amuroluumuna baldr

Atksu askda kat maddeierirse ok dk yklerdeallr

Deneyime bal olarak reaktrtipi deiir

Proses kontrol tam salanamaz Dk hidrolik bekletme

srelerinde stabilite salanamaz

Havasz

akkan

yatakl

reaktr



ok iyi ktle transferi mevcutturYksek kalitede k salanrna alan ihtiyac ok azdrVerim granler amur oluumundan bamszdrEtkin karm salanrProses kontrolldr

Uzun balang evresi gerekli amur yatann akkanlamas

ve genlemesi iin yksekenerji gereklidir

Mekaniksel olarak komplekstir Dolgu malzemesi maliyeti vardr Dk hidrolik bekletme


Havaszfiltre



Yksek kalitede k salanrMekanii kolaydrna alan ihtiyac ok azdrVerim granler amur oluumundan bamszdrEtkin karm salanr

Askda kat madde birikimiverimi drr

Yksek askda kat madde ierenatksular iin uygun deildir

Proses kontrol tam salanamaz Dolgu malzemesi maliyeti vardr Dk hidrolik bekletme


Hibridfiltre



Yksek kalitede k salanrMekanii kolaydr

na alan ihtiyac ok azdrVerim granler amur oluumuna az da olsabaldr

Askda kat madde ierenatksularda dk ykleruygulanr

Proses kontrol tam salanamaz Dk hidrolik bekletme



19/32

261

Tablo 7.9 letmeye Alma Sresini Etkileyen Faktrler (3)

Hedeflenen organik yk ve/veya biyoktle konsantrasyonu A amurunun reaktrde kalan ksmnn oran

Biyoktle birikme verimi Giren atn biyoktleye dnm verimi

Anaerobik sistemlerin iletmeye alnma devresinde karlalan esas problem artlacakatksuya uygun mikroorganizma topluluunun yetitirilememesidir. Uygun nitelikte aolmas halinde sreler azalr. stenilen zellikte a yok ise evsel atksu artma tesisirtclerinden veya mhoff tankndan alnan amurla ve hayvan gbresi ile alamayaplabilir. Byle durumlarda altrma devresi 2-3 ay srebilir. Metanojenlerin oalmahznn dk olamas nedeniyle sistemin, arzu edilen organik yklerde, kararl iletmedurumuna ulamas 4-8 ay alabilir. Termofilik sistemlerde bu sre daha da uzamaktadr.Yeterli miktarda uygun a varsa anaerobik reaktrler 30-45 gn iinde kararl iletme

artlarna ulatrlabilir.

Yukar akl havasz amur yatakl reaktrlerde, granle a kullanlmamas halinde 1-2kgKO/m3-gnlk organik ykle sistem altrlmaya balanr. Reaktrdeki toplam uucuasit (TUA) konsantrasyonu 1500 mg/ltyi gemeyecekekilde organik yk kademeli olarak20-30 gn sonra 5 kgKO/m3-gne kartlr. Yksek biyolojik aktivitesi olan ar granleramur elde edilebilmesi iin organik ykn 5 kg/m3-gnden fazla olmas gerekmektedir.Normal artlarda, atn trne de bal olmakla birlikte 40 gn sonunda bu ykeulalabilir.

Anaerobik reaktrlerde iletmeye alma sresinin ksaltlabilmesi iin bu dnemdekibiyoktle kaybnn kontrol edilmesi gerekmektedir. Bu amala, yksek oranda geri deviruygulanabilir veya sistemi terkeden biyoktle, geici olarak tesis edilen bir ultrafiltrasyonbiriminde tutularak reaktre geri dndrlebilir (3).

7.4.1.2 Optimum evre artlar

Havasz artmay gerekletiren mikroorganizma topluluunun kapasitesinden en verimliekilde yararlanabilmek iin reaktrde optimum evre artlarnn salanmas gerekir.Anaerobik mikroorganizmalar iin optimum evre artlarnn genel deerlendirilmesi Tablo7.10da verilmektedir.

Scaklk faktr anaerobik reaktrleri hem kinetik, hem de termodinamik adan etkiler.Anaerobik proseslerde, scaklk at ile biyoktlenin oalma hznn artmas veparalanma reaksiyonlarnn daha abuk olmas nedeniyle proses verimi scaklk ile artgstermektedir. ekil 7.8de anaerobik paralama proses hznn scaklk ile deiimigsterilmektedir. ekilde, scakln 35oC ve 55oC olduu durumlarda pik noktalarnverimin en yksek deerde olduu gzlenmektedir.

Termofilik scaklklarda almak biyolojik ayrabilirlii yksek olan atksularnartmnda problem ortaya karabilmektedir. Scaklk art ile artan kinetik aktivite veoalma hz, asitojenlerin metanojenlerden daha hzl asit retmesine neden olur ve

mikroorganizmalar arasndaki dengeyi bozarak ortamda asit birikmesine yol aabilir. (1).


20/32

262

Tablo 7.10 Anaerobik Mikroorganizmalarin Optimum evre artlar (3).

Parametre Optimum atlar

Artlan atn bileimi

Karbon, temel (N,P) ve iz elementlerbakmndan dengeli olmal, O2, NO3,H2O2, SO4 gibi oksitleyici maddeler,toksit ve inhibitr elementler iermemeli

KO/N/P 300/5/1

PH 6,5-8,2

Scaklk 25-40 (35-37)oC~50-60 (55)oC

Alkalinite 1000-4000 (2000) mg/lt CaCO3

TUA


21/32

263

Metanojenler iin optimum pH aral 6,5-8,2 kabul edilir. pH>8 iin aktivitenin anidendmesi ortamdaki serbest amonyak miktaryla ilgilidir. pH


22/32

264

Tablo 7.12 Anaerobik Artma in Nutrient htiyac (5)htiya Maksimum Konsantrasyonlar

Elementler(mg/grKO) (mg/lt)

Eklenen Formlar

Makro besi maddeleri

Azot 5-15 50 NH3, NH4Cl, NH4HCO3Fosfor 0,8-2,5 10 NaH2PO4, H3PO4

Slfr 1-3 5 MgSO4.7H2O

Mikro besi maddeleri

Demir (Fe) 0,03 10 FeCl2.4H2O

Kobalt (Co) 0,003 0,02 CoCl2.2H2O

Nikel (Ni) 0,004 0,02 NiCl2.6H2O

inko (Zn) 0,02 0,02 ZnCl2

Bakr (Cu) 0,004 0,02 CuCl2.2H2O

Mangan (Mn) 0,004 0,02 MnCl2.4H2O

Molibdat (Mo) 0,004 0,05 NaMoO4.2H2O

Selenyum (Se) 0,004 0,08 Na2SeO3

Tungsten (W) 0,004 0,02 NaWO4.2H2O

Boron (B) 0,004 0,02 H3BO3

Genel Katotlar

Sodyun (Na) 100-200 NaCl, NaHCO3

Potasyum (K) 200-400 KCl

Kalsiyum (Ca) 100-200 CaCl2.2H2O

Magnezyum (Mg) 75-250 MgCl2

Havasz artmada kararlln salanabilmesi iin ortamda kesinlikle serbest oksijen

bulunmamaldr. Oksijen kimyasal olarak bal olsa bile artma srecini olumsuz olaraketkilemektedir. Bu nedenle, NO-3, H2O2, SO4

=, HS- vb. maddeler havasz sistemlerinverimini olumsuz ynde etkiler.

Atksu ierisinde ar miktarda slfat olmas durumunda, slfat indirgeyen bakterilerbaskn duruma gelir ve reaksiyon sonucunda ara rn olarak H2S ortaya kar. Ortaya kanH2Snin yksek konsantrasyonlar havasz artmada inhibisyon etkisi yapmaktadr.

Yksek seviyede NH4 veya protein ihtiva eden atksularda NH3 toksiditesi de nemli birsorundur. Su ortamndaki serbest (iyonize olmam) NH3 yzdesi pH ve scakla baldr.Bu nedenle, amonyak inhibisyonunda scaklk ve pH gibi ortam artlar inhibisyonderecesini etkilemektedir.

Mikroorganizmalarn faaliyetlerini yavalatan veya durduran zararl maddelerin, dahasonraki safhalarnda olduu gibi, altrma evresinde de dikkatli kontrol gerekir. Bu trzararl maddelerin anaerobik ayrma srecini ileri derecede yavalatan konsantrasyonlarTablo 7.13te verilmektedir. Zehirli ve zararl maddelerin etkisinin giderilmesi iinkaynanda kontrol, seyreltme veya mikroorganizmalara yeterli alma srelerininsalanmas gereklidir (3).


23/32

265

Tablo 7.13 Zararl Maddelerin Anaerobik Ayrma Srecini EngelleyenKonsantrasyonlar (3)Madde Zararl Konsantrasyon Seviyesi (mg/l)NH4, NH3

znm H2S, HS-

, S

2-

NaKCa2+CN-Alkil benzen slfonat

1500-2000 (pH>7,5 halinde)

100-1504000-60003000-50003000-50000,5-1500-700

7.4.2 Havasz Srelerin zlenmesi ve Kontrol

Havasz ayrmann istenilen dzeyde olabilmesi iin artma sisteminin srekli izlenmesi vekararszlklara kar gerekli tedbirlerin zamannda alnmas gerekir. Etkili bir iletme ve

izleme sonucu, yksek verimli artmann salanmas, metana dnm orannn yksekolmas ve olabildiince az artma amuru olumas gibi yararl sonular elde edilir (3).

7.4.2.1 Proses Kontrol

Proses kontrolnn amac artma sistemindeki dzensizliklerin mmkn olan en erkensrede tespit etmektir. Havasz artmada proses kontrol bakmndan dikkatle izlenmesigereken parametreler Tablo 7.14de verilmektedir. Prosesin izlenmesi amacyla, buparametrelere ilaveten zellikle amur ya ve atk kompozisyonun da kotrol gereklidir.

Tablo 7.14 Havasz Artma Proses Kontrol in zlenmesi Gereken Parametreler (1)

Sv Fazda Gaz Faznda

UApHAlkaliniteLVKOSv seviyesiznm H2

Gaz retim hzMetan veya CO2 retim hzBiyogazdaki CO2 yzdesiBiyogazdaki H2 yzdesi

Kararlln kaybeden bir anaerobik reaktrde dengesizlik ilk nce sistemdeki TUAkonsantrasyonunun artmas sonucu pHda ani bir d ile kendini gsterir. pHdakidten bir sre sonra alkalinitede ani azalma gzlenir. Bu esnada gaz retimininyavalamas nedeniyle gaz debisinde azalma ve gazdaki metan yzdesinde d olur.Bunlarn sonucu olarak reaktr kndaki KO konsantrasyonu ykselir ve sistemin verimider (3).

7.4.2.2 Prosesteki Kararszlklar

Havasz sistemlerde prosesteki kararszla sebep olan faktrler balca iki ana ksmdan

oluur. Bunlardan, ekipman arzalar, scaklktaki ani deime, organik ykteki ani art veatn bileimindeki deiiklikler ksa sreli kararszlklar, atksu ierisindeki zararl


24/32

266

maddeler, artlan atksuyun veya reaktrn pHsndaki ani d veya alma evresindekimikroorganizma oalma hznn yava oluu gibi deiikler de uzun sreli kararszlklarolark olarak ifade edilir.

Proses stabilitesi kaybolan bir anaerobik reaktrn tekrar kararl

hale gelmesi iin nceliklepH 7 civarna getirilir. Karaszla neden olan sebepler belirlenir ve uygun tedbirleruygulanr. Sistem kararl duruma gelinceye kadar pH dikkatlice izlenir. Karaszlk sonucuden pH deerini uygun seviyeye ykseltmek iin eitli zmlerden biri kire ilavesidir.Kire, reaktrde pHnn 6,5den daha dk olmas durumunda uygulanmaldr. Aksitakdirde, kire suda znmez ve ilave edilen kire CaCO3 olarak sistemde kelir sonutahibir yarar olmaz. Kire kullanmnn dier bir mahzuru, kalsiyumun ortamdaki fosforukalsiyum orta fosfat halinde kendine balamasdr. Bunun sonucunda, ortamda besimaddesi eksiklii yaanr. Bu sakncalarndan dolay zellikle endstriyel atksu artmatesislerinde kire ile pH kontrol , pH ok dmedii srece yaplmaz. Bunun yerinegenellikle NaOH ve NaHCO3 birlikte kullanlr. Ancak bu durumda da Na

konsantrasyonunun ar deerlere ulamamasna dikkat edilmelidir. Na konsantrasyonundaproblem yaanmas durumunda NaHCO3 yerine KHCO3 veya NH4HCO3 kullanlr.

Baz karaszlk durumlarnda reaktrde pHnn artrlmasna ve organik yknazaltlmasna ramen sistemde uucu asit konsantrasyonu dmeyebilir. Bu durum, uucuasidin propiyonik asit arlkl olduunu gstermektedir. Bu durumda, reaktr iyiceseyreltilmi atk veya yangn suyu (temiz su) ile ykanr. Uucu asit konsantrasyonu normalseviyeye geldikten sonra organik ykleme kademeli olarak arttrlr.

Gaz debisindeki dme ve CH4 yzdesindeki azalma havasz reaktrlerde kararsz durumuniyi bir gstergesidir. yi iletilen reaktlerde metan yzdesi %70in zerindedir. Bu deer

%65in altnda ise sistem dengesi bozulmu demektir (3).

Havasz sistemlerde kararszla neden olabilecek baz durumlar ve bunun sonucuoluabilecek problemler ve etkileri Tablo 7.15de verilmektedir.

Tablo 7.15 Anaerobik Reaktrlerdeki Kararszlklar ve Tahmini Sonular (1)Kararszlklar Oluabilecek Problemler Sonular

Besleme debisinin

artmas

Mikroorganizma ykanmasMetanojenlerin bekletme

sresinin azalmasndanetkilenmesi

Metan yzdesinin dmesipHnn dmesi

Alkalinitenin dmesiGaz retim hznn azalmas

Ykleme artToksik madde varlScaklk salnmlarOksijen varl

ncelikle metanojenleretkilenir

UA birikmesi

UA konsantrasyonundakiarta bal olarak pHdmesi

Asetik asit haricindeki uucuasitlerin birikmesi


25/32

267

7.5 Temel Proses Kinetii

7.5.1 Mikrobiyal Reaksiyon Kinetii

Biyolojik sistemlerde reaksiyonlar mikroorganizmalarca gerekletirildiinden reaktrkinetii mikrobiyal aktiviteye baldr. Bu nedenle, proses davranlarnn tahminindemikrobiyal byme, substrat kullanm ve rn oluumu iyi bilinmelidir.

Biyoktle oalma Hz:Ortamda mikroorganizmalar iin enerji, karbon kayna ve elektron alcsgereksinimlerinin tam olmas durumunda biyoktle oalma hz (Alvarez, 2003)

Xdt

dX.= (7.15)

eitliince ifade edilmektedir.

Burada,X= biyoktle konsantrasyonu (mgUAKM/lt) = biyoktle zgl oalma hz sabiti (gn-1)dir.

Substrat Kullanm Hz:Substrat kullanm hz, biyoktle konsantrasyonuna bal olarak, birinci derece kinetik ileaadaki eitlikle ifade edilmektedir (Horan, 1990).

XqdtdS .= (7.16)

Burada,q = substrat kullanm hz sabiti (gn-1)dir.

Substrat kullanm ile biyoktle oalmas arasndaki iliki

dtdS

dtdXY= (7.17)

eklinde verilmektedir. Burada,Y= biyoktle dnm oran (mgUAKM/mgKO)dir.Denklem (3.1), (3.2) ve (3.3)e bal olarak

qY

= (7.18)

olmaktadr.


26/32

268

Biyoktle lm Hz:Biyoktle lm kinetii biyoktle konsantrasyonuna bal olarak

Xb

dt

dX.= (7.19)

eklinde ifade edilmektedir.

Burada,b = biyoktle isel solunum hz (gn-1)

Net Biyoktle Deiimi:Net biyoktle deiimi oalma hz ile lm hz toplanarak belirlenir ve aadaki eitlikile ifade edilmektedir (1).

Xbdt

dSY

dt

dX

net

.-

=

(7.20)

7.5.2 Mikroorganizma oalma Kinetii

Anaerobik proseslerde substrat kompleks yapda olduundan ve buna bal olarak, eitlimikroorganizma trleri grev yaptndan oalma kinetii farkl ekillerde ifadeedilmektedir (1).

Monodfadesi:

Mikroorganizma oalma hz zamanla hz kstlayc olan substrat konsantrasyonuna balolarak ifade edilmektedir. Eitlik

SK

S

S

maks+

= (7.21)

eklinde verilmektedir.

Burada,

maks = mikroorganizmalarn maksimum oalma hz sabiti (gn-1)

S= substrat konsantrasyonu (mgKO/lt)

SK = yar doygunluk sabiti (KO/KOhcre)dir.

Denklem (3.7) substratn kstlayc olmad durumda ( SKS>> )

maks = (7.22)

ve substratn kstlayc olduu durumda ise ( SKS


27/32

269

Contois fadesi:

Mikrobiyal populasyon younluunu belirleyen ktle transferinin byme hz zerineetkisini yanstan mikroorganizma oalma hz,

SXK

Smaks

+=

. (7.24)

eitlii ile ifade edilmektedir.

Burada,K= kinetik sabittir.

Chen ve Hashimoto fadesi:Giri substrat konsantrasyonunun etkisinin Contois ifadesine ilavesi ile gelitirilmitir:

00 )1(.

SKSK

Smaks +

= (7.25)

olarak ifade edilmektedir.

Burada,

0S = giri substrat konsantrasyonu (mgKO/lt)dir.

oklu Substrat Kullanm fadesi:

Ortamda iki farkl substratn olmas durumunda iki ayr substrat kstlayc denklemtanmlanmtr ve ifade

22

2

11

1

.. SK

S

SK

S

SS

maks = (7.26)

eklinde verilmektedir.

7.5.3 Kinetik ve Stokiyometrik Sabitler

Proseslerin tam olarak matematiksel ifadelerinin yazlabilmesi iin kinetik ve stokiyometriksabitlerin deerleri belirlenmelidir. Bu amala yaplan almalar sonucunda baz organikmaddelere ait sabitler belirlenmitir (1).

Hidroliz aamasnn birinci derece reaksiyon ifadesindeki denklem sabitinin ( K)literatrdeki deerleri, farkl organik maddeler iin Tablo 7.16da verilmektedir.Monomerlerin fermantasyonunda amino asit ve eker substratlar iin yaplan almalarsonucunda elde edilen fermantasyon sabitleri ise Tablo 7.17de verilmektedir.


28/32


29/32

271

Tablo 7.20 Evsel ve seyreltik atksularn havasz artm literatr verileri (2)KOIgiri

mg/lAKMgiri

mg/lScaklk

oCHBSsaat

KOIkmg/l

AKMkmg/l

KOI giderimi%

Reaktrtipi

150-530 140 96-285 43 44 HF197 83 13-27 17 44 HF

77-1170 118 20-35 24 55-121 32 73 HF473 37 2.4-38 145-364 18-52 HYR

104-1106 78 17-25 6.4 74-225 50 47 HYR46-187 16 22-29 1.7-5.0 43-114 27 37 HYR

204-1253 12-16 24 79-304 78 HYR117-1100 7-20 12 35-299 67 HYR

435 61 16 24 173 21 60 HF328 72 29 24 110 10 66 HF

322-950 20 60-89 HYR100-900 20 8-48 65-80 HYR170-320 20 8 68-92 HYR

140-220 20 2-1 57-84 HYR215 20 2 77 HYR

119-205 20 8-24 68-72 HYR250-572 25-33 5 71 HF

500 20 24-45 75-110 78-90 HF200 80 60 HF

200-900


30/32

272

Tablo 7.21 Evsel atksularn HYR lerinde artm iin nerilen tasarm deerleri (3).Parametre Deer

Hidrolik bekletme sresi ort. debide>8-10 saat

pik debide>4 saatamur ya 30-50 gn

amur yk F/M 0.3-1.0 kgKOI/kgUKM-gn (amur yata hacmi iin)

Hacimsel organik yk, Lv 1-3kgKOI/m3-gn

%BOI5(KOI) giderimi 75-85(74-78)

Debi datm noktalar Min.1/3.7-4 m2taban alan

Yukar ak hz (u=Q/A) 0.5m/sa-ort; 1.2m/sa-pik

amur retimi 0.15-0.25kgTKM

*

/m

3

debiBiyogaz retimi 0.1m3biyogaz (%75 CH4)1.4kw-sa enerji

N,P giderimi %5-10

*TKM : toplam kat madde (biyokitle+giriteki AKM)


31/32

273

KAYNAKLAR

(1) Alvarez, M.J., 2003. Biomethanization of The Organic Fraction Of Municipal Solid

Wastes, pp. 1-43, Iwa Publishing, Londan.

(2) UNIDO, 1992. Anaerobic Treatment, How to Staff Manufacturing Industries, File:z18,Austria.

(3) ztrk, ., 1999. Anaerobik Biyoteknoloji ve Atk Artmndaki Uygulamalar, s. 11-46, Su Vakf Yaynlar, Istanbul.

(4) Speece, R.E., 1996. Anaerobic Biyotechnology For Industrial Wastewaters, pp. 3, 6, 36,Archae Press, USA.

(5) Rittmann, B.E. and McCarty, P.L., 2001. Environmental Biotechnology: Principles andApplications, pp. 570-596, McGraw-Hill, nc., New York.

(6) Tchobanoglous, G. and Burton, F.L., 1991. Wastewater Engineering, pp. 423-425,McGraw-Hill, Singapore.

(7) Weijma, J., Gubbels, F., HulshoffPol, L.W., Stams, A.J. M., Lens, P. and Lettinga, G.,2002. Competition For H2 Between Sulfate Reducers, Methanogens and Homoacetogens InA Gas-Lift Reactor, Water Science and Technology, 45, 10, 75-80.

(8) Bhatti, Z.I., Furukawa, K. and Fujita, M., 1996. Feasibility Of Methanolic Waste

Treatment In UASB Reactors, Wat. Res., 30, 11, 2559-2568.

(9) Olthof M., Kelly W.R., Oleszkiewiez J., Weinreb H.G., 1985. Development ofanaerobic treatment process for wastewater containing high sulfates, Proc. of 40th Ind.Waste Conf. Purdue Univ. 871-877.

(10) Anderson G.K., McKeown K.J., Donnely T., 1984. The application of anaerobicpacked-bed reactors to industrial wastewater treatment. Water Pollution Control., 491-496.

(11) OFlaherty V., Lens P., Leahy B., and Colleran E., 1998. Long term competitionbetween sulfate reducing and methane-producing bacteria during full-scale anaerobictreatment of citric acid production wastewater. Wat. Res. 32/3, 815-825.

(12) OFlaherty V., and Colleran E., 1999. Effect of sulfate addition on volatile fatty acidand ethanol degradation in anaerobic hybrid reactor. I: process disturbance andremediation. Bioresource Technology. 68,101-107.

(13) Anderson G.K., Donnely T., McKeown K.J., 1982. The application of anaerobicpacked-bed reactors to industrial wastewater treatment. Proc. of 37th Ind. Waste Conf.Purdue Univ. 651-659.

(14) Eckenfelder, W.W., 1989. Industrial Water Pollution Control, pp. 247, McGraw-Hill,Inc., Singapore.


32/32

(15) Annachhatre, A.P., 1996. Anaerobic Treatment Of Industrial Wastewaters, Resources,Conservation and Recycling, 16, 161-166.

(16) Grady, C.P.L., Daigger, G.T. and Lim, H.C., 1999. Biological Wastewater Treatment,

pp. 619, 626, 630, Marcel Dekker, Inc., New York.

(17) Horan, M.J., 1990. Biological Wastewater Treatment Systems Theory and Operation,pp. 168, John Wiley&Sons, England.

(18) Metcalf & Eddy, 1999. Wastewater Engineering, Treatment Disposal Reuse. McGraw-Hill International Editions.

havasiz aritma sİstemlerİ

Documents