Zeytinyağı endüstri atıksularının anaerobik biyolojik stabilizasyon yöntemi ile arıtılması ve kinetik model geliştirilmesi

Abstract

ÖZET Akdeniz bölgesi tarih boyunca birçok ünlü medeniyete ve burada yaşamış ulusların ticari ve endüstriyel faaliyetlerine beşik olmuştur. Dünyanın bu bölgesinde endüstriyel kaynaklı çevre kirlenmesi muhtemelen ilk olarak zeytinyağı endüstrisi tarafından oluşturulmuş tur. Zeytin ağacı insanlara yararlı bir bitkidir ve zeytin meyvası ile bundan elde edilen yağa asırlardır büyük önem verilmiştir. Zeytin meyvası ve yağı gibi ana ürünlerin yanında pirina ve `karasu` katı ve sıvı yan ürünleri oluştururlar. Sıvı yan ürün olan `karasu` çevre kirlenmesi yaratması nedeni ile ayrı bir önem taşır. Zeytinyağı eldesinde klasik ve kontinü olmak üzere iki yöntem mevcuttur. Klasik yöntemde 1 ton zeytin 3 için 0.4-0.5 m `karasu` üretilirken kontınu yöntemde 3 bu değer 1.0-1.2 m olmaktadır. Katı madde oranı kla sik yöntemde %29 civarında iken kontinü yöntemde bu değer %6-10 arasında değişir. Öte yandan, bu endüstri tarafından yaratılan kirlilik her iki yöntem için 45-55 kg BOIj- /ton zeytin olmaktadır. Türkiye'de zey tin yağı endüstrisi yılda 100 gün süren bir kampanya sonunda 37 950 ton BOIc'i alıcı ortama verirken bu sü- TT3 içinde yaklaşık 7 milyon eşdeğer nüfusa karşı ge len bir kirlilik yaratmaktadır. Zeytinyağı endüstrisi atıksularının arıtılması ve uzaklaştırılması için bir çok yöntem vardır. Bunlar -x-gübre olarak kullanım, lagün veya hendeklere buharlaş ma için deşarj, kompostlama, katı yakıt eldesi, tek hücreli protein eldesi, aerobik, anaerobik ve fiziko kimyasal prosesler ile arıtma, termal konsantrasyon ve yeni tekniklerin uygulanması olmaktadır. Bu yön temler arasında, anaerobik arıtma prosesi biyogaz el de edilmesi yönü ile önem kazanırken atıksu arıtımın da ve zeytinyağı endüstrisinde çalışanlar tarafından tam olarak anlaşılamaması nedeni ile geniş uygulama alanı bulamamıştır. Bu çalışmada, `karasu` dan biyogaz eldesi ve anaero bik biyolojik proses dizaynında büyük önem taşıyan kinetik katsayıların belirlenmesi konuları araştı rılmıştır. Laboratuar ölçekli olarak kurulan sekiz adet anaerobik reaktörde ısıtmalı ve karışımlı koşul lar altında pH, alkalini te, uçucu yağ asitleri, kim yasal oksijen ihtiyacı, kümülatif biyogaz oluşumu zamana bağlı olarak 3 ay süre ile incelenmiştir. Mezofilik ve termofilik tam karışımlı reaktörlerde elde edilen biyogaz miktarları giderilen 1 kg KOI için 475 1 ve 489 1 olarak bulunmuştur. Bu reaktör lerde, KOI giderme verimleri sırası ile $80 ve 87 olmuştur. pH, alkalini te, uçucu yağ asitleri ve kim yasal oksijen ihtiyacı ölçümleri sonucunda elde edi len değerler daha önce beklendiği şekilde oluşmuştur. Kinetik katsayıların belirlenmesi ayrı bir önem ta şır ve bu çalışmada bulunan değerler McCarty ile Chiu-Yue Lin ve arkadaşları tarafından karışık asit ler için elde edilen değerler ile kıyaslanabilir ol maktadır. Bu çalışmada;. yarım hız sabit'i (K ), maksi-- mum substrat tüketim hızı. (k),. endojen- bozunma katsa- -xı-yisx (k,), maksimum verim katsayısı (Y) ve maksi mum spesifik büyüme hızı ( y ) değerleri belirlen- c max mistir. Bu çalışmanın kinetik model geliştirilmesi bölümünde zeytinyağı endüstrisi atıksularmın ana- erobik aktif çamur prosesi ile arıtımında gerçekçi sonuçlar vermeyen Monod modeli yerine Grau modeli'nin kullanılması önerilmiştir. Modelden elde edilen so nuçlar ve laboratuar deneyleri ile bulunan sonuçlar arasındaki farkın nedenleri hücreler ve enzimler arasındaki biyokimyasal ilişkiler dikkate alınarak açıklanmıştır. -X11-

SUMMARY Mediterranean region has always been a cradle of the renowned archaic civilizations as well as commercial and industrial developments of these nations. It is astonishing that the first human made water pollution might likely has emerged in this part of the earth by the activities of the olive oil industry. Olive tree is a very profitable plant and the fruit of olive and the oil extracted from it are endowed prime importance for centuries. Besides these main products, there are two major by-products of this industry which are the olive residue (pirina) and the vegetation water (karasu). Vegetation water is the liquid by product while olive residue is the solid one and the former one is of great concern on the environmental pollution control issue. Classical and continuous olive oil extraction methods are the ways of obtaining oil from olives. Produced wastewater is about 0.4-0.5 m per tons of olive and 3 1.0-1.2 m per tons of olive for classical and continuous methods respectively. Solid matter content of the wastewater is 29% for the former method while it is 6-10% for the latter one. On the other hand, it is estimated that the pollution created by this industry is in the order of 45-55 kg BODg/tons of olive without taking the extraction method into account. In Turkey, during the olive oil extraction campaign which usually lasts for 100 days in a year, the equivalent population of the created 37 950 tons of BOD,, is approximately 7 million people. -xxxx-There are many ways of treating and removing the olive oil industry wastewaters. These are using as a fertilizer, discharging to lagoons or trenches for evaporation, using in the composting process, procu ring solid fuel or unicellular protein, application of aerobic, anaerobic and physical chemical processes, using thermal concentration technique, taking advan tage of novel techniques such as cryogenic processes, membrane filters, electrodialysis and reverse osmosis. Among these aforementioned methods, anaerobic treat ment process seems to be the most promising but unfortunately the least understood. It is promising because it has a potential energy source of biogas but it is evaded not by the people of olive oil industry due to the financial constraints but the wastewater people as well possibly due to the lack of reliable working knowledge. In this study, biogas production capacity of the olive oil industry wastewaters and the kinetic coef ficients which are vitally important in the process design stage have been investigated. In order to achieve these expressed goals bench scale reactors have been put into use for three months and pH, alkalinity, volatile fatty acids, chemical oxygen demand and cumulative biogas variations of eight anaerobic reactors are monitored. Since these reac tors are studied under different temperature and mixing conditions, results are quite satisfactory in taking a step to the treatment of this intriguing wastewater by means of the anaerobic processes. Biogas yields from the mesophilic and thermophilic mixed reactors are 475 1 and 489 1 per kg removed COD respectively. Considering almost 20 C temperature -xiv-difference between these reactors, mesophilic one is suggested to be preferred in the design stage. pH, volatile fatty acids, chemical oxygen demand and alkalinity measurements have shown an expected pattern after they are scrutinized. Determination of the kinetic coefficients is of anot her concern and they are found in the range of given by McCarty and Chiu-Yue Lin et al obtained for mixed acids. In this study; the values of half rate coef ficient (K ), maximum substrate utilization rate (k), endogenous decay coefficient (kJ, maximum yield coef ficient (Y) and maximum specific growth rate ( u ) ^ max have been determined. In the kinetic model development part of this study, Grau niodel is used to obtain the design curves instead of Moriod model which gives unrealistic results for the anaerobic treatment of olive oil industry wastewaters. Calculated results have shown convergency with the results obtained in the laboratory. Slight difference in the COD removal efficiency occured between the two approaches but possible reasons for this discrepancy are explained considering the biochemical interactions between the cells and the enzymes. -xv-`the tree that stands unequalled, the tree that can not be surpassed, which constantly bursts forth again and again` Sophocles -XVI-