Theses supervised by Prof. Dr. Saim Özdemir
14 theses · Sakarya University
Arıtma çamuru ve biyokütle kaynaklarının biyoyakıt üretim potansiyellerinin atıktan enerjiye incelenmesi
Atık su arıtma tesisi atık suları, arıtma çamuru (AÇ) ve arıtılmış su, organik madde ve enerji bitkileri için besin maddeleri açısından zengin olmaları nedeniyle yenilenebilir enerji üretimi ve karbon nötr yeşil enerji politikasının uygulanması açısından önemli kaynaklardır. Doktora çalışmamızda Sakarya İli sınırlarında olan evsel nitelikli atıksu çamuru ile onunla karışımda kullanılacak yerel biyokütle enerji kaynakları kullanılmıştır. Çamurun kül içeriği genellikle yüksek, rutubet oranı yüksek olup uçucu içerik düşük ve dolayısı ile kalorifik değeri de düşüktür. Biyokütle kaynakları arıtma çamurunun bu kötü özelliklerini iyileştirmek için ligno-selülozik kaynaklardan seçilmiştir. Çalışmada, arıtma çamurunun yanma özelliklerini iyileştirmek için arıtma çamurunun Arundo donax (AD) ve Miscanthus × giganteus (MSC) enerji bitkileri ile bunların karışımlarının biyokütle enerji potansiyeli, yakıt kalitesi ve yanma emisyon özellikleri araştırılmıştır. Çalışmamızda kullanılan bitkilerin biyokütlesi, besin kaynağı olarak atıksu arıtma tesisi atık suları kullanılarak üretilir. Çalışmamıza başlarken karışım oranları; %100 arıtma çamuru, %25 bitki-%75 arıtma çamuru, %50 bitki-%50 arıtma çamuru, %75 bitki-%25 arıtma çamuru ve % 100 bitki olarak belirlenmiştir. Her bir bitki için aynı oranlarla alınarak çalışma yapılmıştır. Yaklaşık ve nihai analiz sonuçları, bitki biyokütlesinin eklenmesinin karışımların yakıt değerini değiştirdiğini, esas olarak kül içeriğini azalttığını ve katı biyoyakıttaki uçucu madde ve karbon içeriğini arttırdığını göstermiştir. Regresyon analizi, arıtma çamuru karışımlarındaki %25, %50 ve %75 biyokütlenin ısıtma değerlerinin HHV (düşük kalorifik değer) ve LHV (düşük kalorifik değer) değerlerini doğrusal olarak arttırdığını göstermiştir. Uçucu maddedeki artış, arıtma çamurunun tutuşabilirlik indeksini önemli ölçüde iyileştirerek, her iki ürün için de %75 biyokütle karışımlarında optimum değer olan 35'e ulaşmıştır. Karışımların NOx ve SO2 emisyonlarının değerleri arıtma çamuruna göre daha düşük olduğu belirlenmiştir. Elde edilen genel sonuçlar, enerji bitkilerinden elde edilen biyokütlenin yakılması ile arıtma çamuru arasında sinerjistik bir etki olduğunu göstermektedir. Yaklaşık analiz, elemental analiz, ısıl değer, yakıt endeksleri ve gaz emisyonlarının kapsamlı bir karşılaştırması sonucunda, %50 biyokütle ve %50 arıtma çamurundan oluşan karışık yakıtların yanmayı destekleyebileceğini ve emisyonları azaltabileceğini göstermektedir. Ayrıca çalışmalar göstermiştir ki Arundo enerji bitkisi, Miscanthus enerji bitkisinden daha iyi biyoyakıt özelliklerine sahiptir. Çalışmanın geneline bakıldığında, atıksu arıtma çamuru ve arıtılmış atık su gibi besin açısından zengin atık su arıtma artıkları kullanılarak biyokütle mahsulü üretimi, atık yönetimi ve biyoenerji hammadde üretimi ve arıtma çamurunun birlikte yakılması için yeniden bitkilendirme açısından daha sürdürülebilir olabileceği düşünülmüştür.
Biyokütle santrali külü bitki besin elementlerinin geri kazanımı ve gübre kaynağı olarak kullanımı
Son yıllarda biyoatıkları yönetmek için yaygın olarak kullanılan biyokütle yakma tesisleri bitki besin elementi açısından zengin biyokütle külü (BK) üretmekte, ancak BK'nın tarımsal olarak faydalı kullanımı son derece sınırlıdır. Biyokütle külünün en belirgin parametresi pH (13.04) değerinin yüksek olmasıdır. Biyokütle külü için iletkenlik değerleri 27,43 mS cm-1 aralığında kaydedilmiştir. Uçucu külde yanmamış karbon miktarı düşük ve yaklaşık %1.98 değerinde tespit edilmiştir. Endüktif Eşleşmiş Plazma Optik Emisyon Spektrometresi (ICP-OES) sonuçları, BK'nın temel bileşiminin yüksek konsantrasyonlarda potasyum, fosfor ve kalsiyum içerdiğini, ancak silika, alüminyum ve demir oksitler gibi toprak elementlerinin içeriğinin nispeten düşük olduğunu göstermiştir. Bu çalışmada tespit edilen bitki besin elementlerinden özellikle P ve K yüksek bulunmuştur. Çalışmada kullanılan kül, biyokütle ham maddesi içinde % 80 tavuk altlığı kullanılan örneklerden alınmıştır. BK'daki kümes hayvanı altlığından kaynaklanan fosfor ve diğer makro/mikro besinler, bu atığı biyo-gübreler için değerli bir ham madde kaynağı haline getirmiştir. Bu açıdan, tarımsal-endüstriyel artıklar tarafından üretilen BK, yararlı bir bitki besin kaynağı olarak kabul edilebilir fosfor bileşiklerinin çözündürülmesi için, bir dizi kimyasal reaksiyon ve biyolojik etkileşim yoluyla fosforu biyolojik olarak kullanılabilir formlara dönüştüren süreçler olarak tanımlanabilecek çeşitli teknolojiler geliştirilmiştir. Sürdürülebilir atık yönetimi ve besin elementlerinin bitkisel üretim döngüsüne tekrar dahil edilebilmesi için çevre dostu atık yönetimi sağlayan vermikompostlama yöntemi ile BK elementlerinin bitki alımına uygun hale getirilmesi amaçlanmıştır. BK, tavuk altlığı, orman ve tarımsal hasat artıklarını yakan biyokütle enerji santralinden temin edilmiş ve nihai azot (N), fosfor (P) ve potasyum (K) içeriklerini elde etmek için, %0.0 (T0), %3.5 (T1), %7.0 (T2) ve %10 (T3) oranında sığır gübresine karıştırılmıştır. Başlangıçta, karışımlar kokulu gazları uzaklaştırmak için 3 hafta boyunca aerobik olarak kompostlanmıştır ve ardından 60 gün boyunca vermikompostlamaya tabi tutulmuştur. Ardışık fosfor ekstraksiyon sonuçları, vermikompostlamanın toplam fosfor (TP) ve Olsen-P çözünürlüğünü BK dozlarına bağlı olarak sırasıyla %69-%79 ve %5-%8 oranında önemli ölçüde iyileştirdiğini göstermiştir. Biyokülün yüksek pH seviyesi, test edilen tüm BK vermikompost numunelerinde, vermikompostlamadan sonra nötr aralık seviyesine gelmiştir. Vermikompost numunelerinin nihai besin bileşimi, T0 için "N 1.31, P 0.53, K %0.90" (toplam %2.74), T1 için "N 1.02, P 0.63, K %1.90" (toplam %3.55), T2 için "N 0.8, P 1.78, K %3.86" (toplam %7.16) ve T3 için "N 0.84, P 2.64, K %6.32" (toplam %9.94) olmuştur. İncelenen bütün BK vermikompost örneklerinde, tespit edilen maksimum P fraksiyonları, sırasıyla, zayıf asitte çözünür Fe- ve Al-bağlı P olmuş, ardından çözünmeyen artık fraksiyon, alkalide çözünür ve Olsen fosfor fraksiyonları gelmiştir. Diğer yandan, BK uygulamalarında toplam fosfor (TP) içeriği %1.41 ile %1.77 arasında değişirken kontrol (T0) için %0.63 olmuştur. Sonuçlar, BK karışımlarının kompost sıcaklıklarını artırdığını ve vermikompostlama aşamasında başarılı bir solucan aktivitesine izin verdiğini göstermiştir. Tüm solucan gübresi örneklerinde indikatör enzim aktiviteleri sırası ile; üreaz > β-glukosidaz > alkalin fosfataz > asit fosfataz > arilsülfataz şeklindedir. Fosfat çözücü mikroorganizmalar, fosfataz enzimlerini ve enzim aktivatörlerini, düşük moleküler ağırlıklı organik asitleri ve hümik asitleri bir arada kullanarak bitki nutrientlerini çözüp, biyoyararlı forma dönüştürmüştür. Biyokül oranının artması ile fosfataz aktivitesi azalma eğilimi göstermiştir. Bunun yanısıra tüm numunelerde üreaz enzim aktivitesinin diğer enzim aktivitelerine kıyasla yüksek olmasının sebebinin termofilik faz aşamasının mikrobiyal popülasyonda hızlı bir çoğalma göstermesine bağlanmıştır. Yüksek BK solucan gübresi işlemlerinde hem β-glukosidaz hem de üreazın spesifik aktivitelerindeki azalma, BK'nın büyük ölçüde organik karbon ve nitrojenden yoksun olduğundan bu işlemlerin düşük organik madde ve nitrojen katkısı ile açıklanmıştır. Tüm enzimatik aktivitelerin biyokül oranının artışına bağlı olarak azalması mevcut substrat oranının azalması ve biyokülün en önemli özelliği pH değerinin alkali etkisinin sebep olabileceği öne sürülmüştür. Sığır gübresi ve BK kullanılarak hazırlanan vermikompost örneklerinin metagenomik analiz sonuçlarına göre,Proteobakteriler (K-%23.77, T0-%18.44, T1-%24.34, T2-%23.5, T3-%27.4) Bakteriyoidler (K-%30.5, T0-%15.7, T1-%29, T2-%11.49, T3-%13.94) ve Planctomycetota (K-%9.44, T0-%15.32, T1-%12.5, T2-%20.3, T3-%19.85) tüm örneklerde baskın bakteri filumu olarak belirlenmiştir. Vermikompost numunelerinde enzim aktiviteleri ile mikrobiyal çeşitlilik arasında gerçekleştirilen Çoklu Lineer Regrasyon (ÇLR) hesaplamalırında yüksek korelasyonlar gözlenmiştir. T0, T1, T2 ve T3 için enzim aktiviteleri ile bakteri popülasyonu arasındaki çoklu lineer regresyon R2 değerleri, sırasıyla 0.90, 0.65, 0.73 ve 0.90 olarak hesaplanmıştır. Besin elementi çözünürlüğü için Flavobacteriales, Burkholderiales, Saccharimonadales ve Pseudomonadales'in enzim aktiviteleri üzerindeki uyarıcı etkisi önemli ve pozitif bulunmuştur. Solucan gübrelerindeki enzim aktivitesinin bakteri popülasyonu ile ilişkili olduğu bakteri filumunun asit fosfataz, alkalin fosfataz, arilsülfataz, β-glukosidaz ve üreaz aktivitelerini önemli ölçüde desteklediği görülmüştür. Tüm numunelerde üreaz enzim aktivitesi en yüksek aktivite değerlerini göstermiştir. Üreaz enzimi karmaşık organik azotlu maddenin daha basit formlara dönüştürülmesinde önemli bir rol oynamıştır. Bitki gelişiminde olmazsa olmaz organik içeriklerden biri olan organik azot formlarının üre formuna dönüşümünde etkili olan hidrolitik enzimler üreten Cytophagales popülasyonu T0, T1, T2 ve T3 oranları sırasıyla %8.44, %6.14, %5.97, %8.09' dur. Bitki besin elementince zengin solucan kompostlarının bitki büyüme ve gelişmesine etkisi fasulye (Phaseolus vulgaris L.) bitkisinde denenmiştir. BK ile nutrient içeriği zenginleştirilmiş vermikompost örneklerinin potansiyel gübreleme etkinliği, fasulye bitkisi üzerinde yapılan, bitki yetiştirmeye uygunluk parametreleri; klorofil içeriği, kök nodülasyonu ve leghemoglobin analizleri ile yaprak nutrient analizleri kullanılarak değerlendirilmiştir. Fasulye bitkisi, topraktan fosfor alımı ve özellikle fosfor gübresine karşı hassas olduğu ve bu bitkide fosfor en sınırlayıcı besin maddesi olarak rapor edildiğinden, model ürün olarak seçilmiştir. Sonuçlar, BK içeren vermikompostun bitkilerinin büyümesini destekleyebileceğini, yapraklardaki klorofil içeriğini artırabileceğini ve biyolojik nitrojen fiksasyonunun aktivasyonuna yardımcı olan leghemoglobin sentezini önemli ölçüde artırdığını (p < 0.05) göstermiştir. Sonuç olarak, BK'nın biyo-atıkla solucan gübresi haline getirilmesinin, besin elementi çözünürlüğünü iyileştirebileceğini ve zenginleştirilmiş solucan gübresinin yavaş salınımlı gübre üretimi için sürdürülebilir biyo-temelli bir teknoloji olabileceğini göstermiştir. Üretilen vermikompost bitki büyüme ve gelişiminin pozitif etkilemiş, böylece besin elementi döngüsünü kapatmak için geri dönüşüm kapasitesini artırabileceğini açıkça göstermiştir.
Biyokütle kaynaklarının tavuk gübresinin yanma kalitesine etkisi
Ticari tavuk eti yetiştiriciliği sektörü, kırsal alanlarda çok fazla miktarda kümes hayvanı altlığı (PL) atığı üretimine neden olmaktadır. Kanatlı eti ve yumurtaya olan talep arttıkça PL üretimi de artmaktadır. Geleneksel olarak PL, küçük ve orta ölçekli çiftliklerde tarım arazilerine uygulanır. Ancak kümes hayvanı üretimi yoğunlaştıkça ve çiftlik büyüklükleri genişledikçe atıklar suyun, toprağın ve havanın kirlenmesine ve çevresel endişelere neden olmaktadır. Atıkların araziye uygulanamadığı zaman aralıklarında atık birimi ve PL atık yönetiminin yetersiz olması, özellikle işletmede yetiştirilen sürülerde sağlık sorunlarına, sinek üremesine, hava kirliliğine, kötü kokulara, toprak ve su kirliliğine neden olabilmektedir. Halen genel uygulama olarak PL, arazinin boş olduğu durumda doğrudan arazi uygulamasıyla ve yılın geri kalanında enerji uygulamaları yoluyla bertaraf edilmektedir. PL'ye uygulanan çeşitli enerji geri kazanım teknikleri arasında, farklı yenilenebilir veya yenilenemeyen yakıtlarla beraber yakılmasının hem teknik açıdan hem de çevresel etki boyutları açısından en etkili yöntem olarak kabul edildiği bilinmektedir. Atıkların büyük miktarda birikmesi nedeniyle yakma, PL'nin bertaraf edilmesi için en hızlı seçenek olarak kabul edilmektedir. Kümes hayvanı atıklarının yakılması, Birleşmiş Milletler Sürdürülebilir Kalkınma Hedefi olan "uygun fiyatlı ve temiz enerjiye ulaşım" doğrultusunda atık hacmini etkili bir şekilde azaltır. Ancak mono-yakma, değişen nem, yapısal ve kimyasal bileşim ile düşük enerji verimi nedeniyle önemli zorluklara neden olmaktadır. PL'nin lignoselülozik yataklık altlık içermesi ve enerji açısından zengin bir atık olmasına rağmen, doğrudan tek başına yakma deneyleri iyi sonuçlar vermemektedir. Bunun nedeni, yakıt kalitesini bozan ve yanma performansını azaltan yüksek nem, kül ve külün kimyasal bileşiminin yanı sıra kül içindeki alkali minerallerin neden olduğu kül birikintileridir. Bu nedenle yanma problemlerini azaltan ve düzgün yanma sağlamak için PL'nin yardımcı yakıtlarla karıştırılması gerekmektedir. Alternatif bir yenilenebilir kaynak olarak biyokütle, yüksek bir organik bileşik içeriğinden dolayı yüksek bir kalorifik değere sahiptir ve bu da kümes altlığının yakılmasına yardımcı olabilir. PL'nin lignoselülozik biyokütle ile karıştırılması, karışımların kalorifik değerini artırabilir. Ayrıca biyokütle, kümes hayvanı altlığından daha fazla uçucu madde miktarına ve daha düşük miktarda kül içeriğine sahip olduğu için PL'den farklı yanma özelliklerine sahiptir. Bu nedenle, PL'nin biyokütle ile harmanlanması genel yanma sürecinde değişikliklere yol açabilir ve yanma verimliliğini iyileştirebilir. Kümes hayvanı üretiminin artması, bu kümes altlıklarının çevreye vereceği zararları azaltarak, güvenli ve yararlı bir şekilde bertaraf edilmesini zorunlu hale getirmiştir. Hayvansal kökenli atıkların yüksek ısıl değeri (HHV) 19,0 MJ kg-1'e ulaşmaktadır ve bu nedenden dolayı onu kullanılabilir yenilenebilir enerji kaynağı haline getirmektedir. Fosil yakıt fiyatlarının yüksek olması nedeniyle kümeslerde ortam ısıtması için geliştirilen özel fırınlarda PL'nin yakılmasına büyük ilgi duyulmaktadır. Bunun nedeni, döngüsel ekonomi yaklaşımının ve çiftlik hayvanlarının ürettiği atıkların yakma teknolojisine sahip işletmelerde kaynak olarak kullanılmasına ilişkin AB düzenlemesinin, PL'nin sahadaki kümes hayvanlarının ısıtılmasında doğrudan yanma için yakıt olarak kullanılmasını teşvik etmesidir. Ancak PL, hızlı bir şekilde ayrıştığı ve yüksek nem içeriği nedeniyle HHV'nin birkaç gün içinde 19,0 - 9,0 - 13,5 MJ kg-1'e düşmesi nedeniyle zorlayıcı yakıt olarak kabul görürler. Bu durum yanmayı engeller ve mono yanma uygulandığında külle ilgili sorunlara neden olur. Bu amaçla, bir enerji santralinde yanma veya bir çiftlikte alan ısıtma amacıyla doğrudan yanma özelliklerini iyileştirmek için ön karıştırma veya ön iyileştirme gerekli olmaktadır. Bazı biyoyakıt hammaddeleri, yüksek HHV, düşük kül içeriği, düşük tutuşma noktası, optimum kirlenme, cüruflaşma ve yüksek kül erime sıcaklıkları ile tanımlanabilir ve bu tanımlamada biyokütle yakıtları iyi yakıt olarak tanımlarlar. Genel olarak yanma sorunlarını optimize etmek, gaz emisyonlarını ve külden dolayı oluşan sorunları asgari düzeye indirmek için yanma özelliklerini analiz ettikten sonra ikiden fazla ham maddenin harmanlanması tavsiye edilir. Önceki araştırmalar, alev özellikleri ve kül elementi indeksi gibi yanma parametreleriyle ilişkili olarak ilave biyokütle yakıtlarının PL üzerindeki sinerjistik etkisini göstermektedir. Bu çalışmada, enerji mahsulü tatlı sorgum bagas atığı ve PL pirolizinden elde edilen yeni bir yan ürün piroliz yağını birleştirerek PL'nin yanma özelliklerini, olası yanmayla ilgili zorlukları ve külle ilgili sorunları iyileştirmek için basit, pratik yöntem test edilmiştir. Bu araştırma, standart psiko-kimyasal yakıt analizi ile PL, tatlı sorgum bagası, bunların karışımı ve piroliz yağı ilavesinin yanma davranışlarına etkisi araştırılmıştır. Ayrıca, harmanlanmış PL karışımlarının yakma özellikleri yeni bir yaklaşım olan görüntü analizi ile değerlendirildi. Ayrıca, harmanlanmış yakıtın kazan sisteminde kirlenme ve cüruflanma eğilimi açısından karşılaştırılması amacıyla küle bağlı indeks değerlerinin belirlenmesi amacıyla kül bileşimi analizi yapılmıştır. Bu çalışmanın amacı tatlı sorgum bagasının (SS) ve piroliz yağının (PO) PL'nin yakıt özelliklerini iyileştirme ve yakma sırasında külle ilgili yükleri hafifletme üzerindeki etkisini araştırmaktır. Farklı biyokütle yakıt karışımları, PL'nin SS ile %0,0 (T0), %25 (T1), %50 (T2), %75 (T3) oranında birleştirilmesiyle üretildi ve %100 SS (T4) uygulaması ile karşılaştırılmıştır. Yüksek enerji potansiyeli ve düşük kül birikimi elde etmek amacıyla paralel numuneler ayrıca enerji değerini iyileştirmek amacıyla %10 PO ile karıştırılmıştır. Deneysel sonuçlar, karışımlara SS oranının arttırılması ve PO eklenmesinin uçucu maddeyi artırdığını, nem ve kül içeriğini azalttığını göstermektedir. Küllerin elementer içeriği, uçucu madde oranları ve sabit karbon miktarları için kuru bazda yaklaşık analizden elde edilen sonuçlar hem PO 'ya hem de SS oranlarının azaltılmış kül içeriği ve artan uçucu madde nedeniyle hipotezimizi doğrulamaktadır. Dolayısıyla yüksek uçucu madde, düşük kül nedeniyle yanmaya uygunluk iyileştirilmiştir. Deneylerde kullanılan PL %64 oranında uçucu madde içermekte ve makul bir yanıcılık özelliği göstermektedir. PL'ye SS ilavesi, uçucu madde artışlarına 25 (T1), %50 (T2) ve %75 (T3) SS ilavesi ile sırasıyla %67, %68 ve %71 oranında önemli ölçüde katkıda bulunmuştur. Piroliz yağı (PO) ilavesi uçucu maddeyi sırasıyla %68, %70 ve %73'e yükseltmiştir. Benzer şekilde, SS ve piroliz yağı, kül içeriğini kuru madde bazında %12,85'ten %7,10'a önemli ölçüde azaltmış; yanma sonucu ortaya çıkan malzemenin çoğunun, yanma sırasında kül depozitleri, cüruf oluşumu ve topaklaşmaya tepki vermeyen ürünler olduğunu göstermiştir. Tutuşabilirlik indeksi, kazan koşullarında biyokütlenin olası performansının bir göstergesi olarak kullanılır. PO ilavesi aynı zamanda karbon ve hidrojen içeriğini de arttırmıştır. PL'ye SS ilavesi, %25'lik bir karışımdaki peletin tutuşabilirlik endekslerini yükseltmiş ve karışımdaki SS'nin daha da artmasıyla neredeyse sabit (41.94 - 42.02) kalmıştır. PL:SS karışımlarına PO ilavesi tutuşabilirlik indeksini 41,75'ten 43,74'e önemli ölçüde iyileştirmiştir. Ancak tahmin edilen tutuşabilirlik indeksi değerlerinin tümü 35'in üzerinde olup bu değer kazanlarda verimli bir şekilde kullanılabilir aralıktadır. Bu bağlamda, SS'nin yüksek uçucu içeriği, yüksek sıcaklıklarda külle ilgili yaygın sorunların önlenmesi amacıyla düşük sıcaklıklarda hızlı tutuşma açısından faydalıdır. Kümes hayvanı altlığı karışımındaki SS oranındaki artışın bir fonksiyonu olarak kalorifik içerik artmıştır. SS oranının %25'ten %100'e çıkarılmasıyla HHV değerleri 4295±12 Kcal kg-1'den 4404±9 Kcal kg-1'e yükselmiştir. Ayrıca yakıt karışımlarında karışımlar %10 PO ile karıştırıldığında PL: SS karışımlarının HHV değerleri %0,5-2,6 aralığında daha da yükselmiştir. LHV (düşük ısıl değer) ve HHV değerlerindeki artış eğilimi hem SS hem de PO malzemelerinin kimyasal yapısına bağlanabilir çünkü PL, LHV'yi azaltan nispeten yüksek nem ve kül mineralleri içermektedir. Ayrıca SS+PO, görüntü analiz yöntemine dayalı olarak PL karışımlarının alev hacmini ve kırmızı renk yoğunluğunu iyileştirmiştir. Saf PL ile karşılaştırıldığında, karışımdaki SS yüzdesinin artmasıyla birlikte alev alanının boyutu ve parlaklığı ile görüntülerin kırmızı renk yoğunluğu da artmıştır. Biyokütle peletlerine PO ilavesiyle alev alanı ve kırmızı renk yoğunluğu daha da artmıştır. Bu sonuçlar, tatlı sorgum bagası ve piroliz yağının, kümes hayvanı altlığı yanması ile daha etkin sonuçların ortaya çıktığı hipotezimizi doğrulamaktadır. SS ve PO için alevin alanı ve kırmızı renk yoğunluğu, saf PL'den daha büyük ve daha yoğun olmuştur. Buna göre SS'nin tek başına ve PO ile kombinasyon halinde PL'ye kıyasla daha kısa bir tutuşma süresi sergilediğini belirtmek gerekir. Bu nedenle hazırlanan peletlerin tutuşma gecikme süreleri saf PL, SS ve bunların %50+%50'lik beraber karışımlarının süreleri sırası ile 75, 29 ve 38 saniyedir. Peletlere %10 piroliz yağı eklendiğinde tutuşma gecikme süreleri sırasıyla 49, 28 ve 33 saniyeye kısalmıştır. Bu sonuçlar, SS ve PO tarafından sağlanan daha fazla uçucu maddenin dehidrasyon, volatilizasyon ve yanmaya olumlu katkıyı etkilediği olgusu ile tutarlıdır. Alev kırmızı renk yoğunluğu üzerinde değişen biyokütle yakıt parametrelerini daha iyi anlamak için, hazırlanan biyoyakıt peletlerinden elde edilen yaklaşık bileşim parametreleri ve tutuşma indeksi değerleri kullanılarak Pearson korelasyonları yapılmıştır. Sonuçlar, uçucu madde ve organik madde içeriğinin alev kırmızısı renk yoğunluğuna anlamlı pozitif katkısını göstermiştir. HHV ve tutuşabilirlik indeksi (Ii) de kırmızı renk yoğunluğunu olumlu yönde etkilemektedir. Öte yandan PL'nin katkıda bulunduğu kül içeriği ve sabit karbonun kırmızı renk yoğunluğu üzerinde önemli olumsuz etkileri olmuştur. Saf PL en yüksek kül problemi indeksi değerine sahiptir (FI < 40) ve küldeki potasyum, sodyum ve fosforun varlığından dolayı aşırı yüksek olarak sınıflandırılmıştır. SS indeks değeri ise orta aralıkta (FI 0,6-40) tespit edilmiştir. PL:SS %50+50 karışımının FI sonuçları dolayısıyla indeks değerini düşürmüştür. Ancak karışımdaki ne SS ne de PO varlığı külle ilgili indeks değerlerini yeterince iyileştirmemiştir ve bu durum daha fazla araştırma gerektirmektedir.
Kümes hayvanları kesimhane atıklarının yönetim planının oluşturulması
Kanatlı hayvan endüstrisinde, piliç yetiştiriciliği belirgin bir konuma sahiptir. Bunun nedeni bölgesel genişleme, tahıl üretim kapasitesi, kanatlı hayvan yetiştiriciliğinde ve kesimde kullanılan gelişmiş teknolojinin yanı sıra genetik iyileşme gibi bazı faktörlerdir. Kümes kesimhane sürecinde oluşan insan tüketimine uygun olmayan atıklar bertaraf ve kirlilik problemi oluşturmaktadır. Bu atıkların çevre için kirletici özelliklerinin bilinmesi ve nüfus sağlığını güvence altına almak için kümes hayvanlarının kesim ve işlemlerinin ana aşamalarını bilmek gerekmekte ve bu verilerle birlikte atık yönetim planın oluşturulması gerekmektedir. Kümes kesimhanelerinden sonra oluşan atık türleri incelenip atık karakterizasyonları değerlendirilmiş olup uygun atık yönetim planı, iyileştirme süreçleri ile birlikte değerlendirilmiştir.
Solarizasyon uygulamasının arıtma çamuru kompostlarında indikatör mikroorganizma giderimine etkisi
Kanalizasyon çamuru kompostunda belirlenen stabilizasyon standartlarını sağlamak için kullanılan solarizasyon işleminin patojen mikroorganizmaların giderimi üzerindeki performansı araştırıldı. Çamur kompostunda solarizasyon uygulaması ile patojen mikroorganizma giderimi verimliliğinin değerlendirilmesinde gösterge mikroorganizmalar olarak, Escherichia coli, thermotolerant koliformlar, Clostridium ve Enterococci seçilmiştir. Kontrol işlemi oda sıcaklığında (25 ± 2 ° C) laboratuvar koşullarında gerçekleştirildi. Solarizasyon işlemi için gerekli olan ultraviyole radyasyonu doğrudan güneş tarafından sağlandı. Sonuçlar, solarizasyonun 5cm kompost derinliğinde, çamur kompost sıcaklığının maksimum 65 ° C'ye artırdığını göstermiştir. Solarizasyon işlemine maruz kalan indikatör mikroorganizmaların inaktivasyon oranları, tedavi olmayan indikatör mikroorganizmalara göre önemli ölçüde daha yüksek kaydedildi. İndikatör mikrobiyal ajanlar arasında E. coli en duyarlı mikroorganizma olarak bulundu. 6 günlük solarizasyon işleminden sonra 4 log CFU g-1'den saptanamayan seviyelere düşürüldü. Bununla birlikte, bu bakteri içindeki solarize edilmemiş grubun indirgeme oranının, tüm deney periyodunun 15 günü içinde 1 log'dan daha düşük olduğu tespit edildi. Solarize edilmiş kompost için, Enterococci'nin canlılığı 6 gün içinde 2.31 log CFUg-1 ile 1.80 log CFU g-1 arasında değişmiştir ve 12 gün güneş uygulamasından sonra tespit sınırının (2 × 101 CFU) altına düşürülmüştür. Termotolerant koliformların ve Enterokokların azalma oranları yavaştı (sırasıyla kmax = 3.22 ve 3.27 gün-1), ancak 12-15 gün içinde tespit sınırının altına düşürüldü. İnaktivasyon eğrileri, Clostridium'un diğer indikatör mikroorganizma türleriyle karşılaştırıldığında solarizasyon tarafından sağlanan ısıya daha fazla direnç gösterdiğini gösterdi. Solarize edilmiş Clostridium indirgemesi 3-log olarak belirlenirken, unsolarization işlemi 0.7-log indirgemesi sağlamıştır. Bu çalışmanın bulguları, solarizasyon işlemi tarafından oluşturulan sıcaklık profilinin, iki hafta içinde istenen standartları elde etmek için çeşitli mikrobiyal patojenlerin ortadan kaldırılması veya etkisiz hale getirilmesi için yeterli olduğunu açıkça desteklemiştir.
Kümes atıklarının yanma karakterizasyonunun ve hava emisyonlarının belirlenmesi
Anahtar Kelimeler: Kümes atıkları; Karakterizasyonu; Yanma; Yanma gazı emisyonları Broyler tavuk üretim faaliyetleri farklı türlerde, yüksek miktarlarda, kolay bozulabilir organik atıklar ve yan ürünler üretirler. Mevsimsel ve mekansal varyasyonun yanı sıra çiftlik yönetimi uygulamaları ile birlikte kullanılan yatak malzemesi türüne bağlı olarak, kümes atıkları esas olarak yüksek enerji verimliliğine ve çevresel etki yaratan pirinç kabukları, talaş, tüyler ve yem çöplerinden oluşur. Doğrudan yanma vasıtasıyla mono yanma ya da uygun biyoyakıt kaynaklarıyla birlikte yanma seçenekleri kümes atıklarının güvenli atık bertarafının sağlanması için tercih edilebilinecek bir yöntem olabilir. Kümes hayvanlarından elde edilen tavuk gübrelerinin ölçülen yüksek ısıtma değerleri 13.49–14.62 KJ\kg-1 aralığındadır ve düşük ısıtma değerleri sırasıyla 12.90–13.60 KJ\kg-1 dir. Kümes atıklarının enerji potansiyelinin azalması, içeriğinde ki kül ve nem oranının artmasıyla ilişkilidir. Nihai analiz sonuçları şu şekildedir; C (% 28.01 ±% 0.48), O (% 33.23 ±% 0.48), H (% 3.56 ±% 0.48), N (% 3.90 ±% 0.48) ve S (% 0.92 ±% 0.48). Kümes atıklarının azot konsantrasyonları NOx (155 ppm) emisyonlarını önemli ölçüde arttırmış, ancak ilgili standartlara uygun bulunmuştur. Elde edilen SO2 (8 ppm) emisyonları da altlıkta ki S içeriğiyle tutarlı ölçülmüştür, fakat emisyon konsantrasyonları çok düşük bulunmuştur. Yüksek tükenmiş gaz ve kül emisyonlarına rağmen, enerji geri kazanım uygulaması olan doğrudan yanma gibi yöntemler, kümes atıkları için kullanıma hazır ve çevre açısından güvenli bir yönetim seçeneği sunar, aksi takdirde sağlık üzerinde önemli etkiler yaratabilir ve çevre için kirletici riskler oluşturabilir.
Fındık zürufu ve GYTJA'dan in-vitro çoğaltılmış bitkiler için alıştırma toprağı geliştirilmesi
Atık kaynaklı yeni yetiştirme ortamı bileşenlerinin (fındık zürufu+gyttja) dört süs bitkisi türünün (Rosa hybridae, Loropetalum chinense, Aloa vera, Hylocereus undatus) in vitro olarak çoğaltılmış bitkilerinin dış ortama alıştırılması aşamasındaki etkileri değerlendirilmiştir. Fındık zürufu saksı toprağı ana bileşeni, gyttja bitki büyümesine etkili katkı maddesi olarak denenmiştir. Çalışılan tüm fındık zürufu + gyttja saksı yetiştirme ortamı kombinasyonlarının fitotoksisite test sonuçları, kontrol olarak kullanılan standart cocopeat karışımı sonuçlarına istatistiki olarak benzer bulunmuştur. Fındık zürufu+gyttja kombinasyonlarına dikimi yapılan bitkilerin mortalite oranları cocopeat kontrol uygulamasına benzer olarak Rosa hybridae ve Loropetalum chinense türlerinde, sukulent türler Aloa vera ve Hylocereus undatus'a göre daha yüksek oranda gerçekleşmiştir. Çalışmadan elde edilen bulgular gyttjanın fındık zürufuna %2 ve %5 oranında karıştırılmasının; hayatta kalma oranı, bitki boyu, sürgün ve kök kuru biyokütlesi ile Dickson kalite indeksi üzerinde test edilen tüm bitki türleri için benzer etkilere sahip olduğunu göstermiştir. Elde edilen sonuçlara göre, fındık zürufu ve gyttjanın, spesifik bitki türleri için önceden test edildikten sonra en uygun karışım dozları tespit edilerek ex vitro bitkilerin alıştırma aşamasında, saksı yetiştirme ortamı bileşeni olarak başarıyla kullanılabileceği sonucuna varılmıştır.
Tavuk kesimhanesi atıksu arıtma çamurunun Aarundo donax ile desteklenerek biyoyakıt karakterinin iyileştirilmesi
Arıtım maliyetlerine büyük bir yük getirmesi nedeniyle enerji geri dönüşümü için arıtma çamurunun biyoyakıt olarak kullanılması, özellikle kullanılmayan bir yan üründen elde edilebilecek alternatif enerji üretim şekli olarak gelecek vaat eden bir teknolojidir. Bu doğrultuda, yanma özelliklerinin iyileştirilmesi ve enerji yoğunluğunun artırılması için arıtma çamuru, biyokütle enerji bitkisi ile karıştırılmış ve biyopelet haline getirilmiştir. Çalışmada ham madde olarak tavuk kesimhanesi atıksu arıtma çamuru ve katkı malzemesi olarak yüksek verimli biyokütle enerji bitkisi Arundo donax kullanılmıştır. Tavuk kesimhanesi atıksu arıtma çamurunun ısıl değerini belirleyen yaklaşık analiz (proximate) belirlenerek, ısıl değeri ortaya koyularak ve ardından ligno-selülozik yenilenebilir enerji bitkisi Arundo donax ile ısıl analiz sonuçlarını optimize edecek karışım hazırlanarak nihai ürünün enerji değeri incelenmiştir. Yapılan yaklaşık (proximate) analiz sonuçlarına göre, tavuk kesimhanesi atıksu arıtma çamuru; 6873 cal/g kuru baz üst ısıl değere ve %15,377 kül içeriğine, ligno-selülozik yenilenebilir enerji bitkisi Arundo donax; 4014 cal/g kuru baz üst ısıl değere ve %6,560 kül içeriğine, ısıl analiz sonuçlarını optimize edecek şekilde hazırlanan karışım ise; 5454 cal/g kuru baz üst ısıl değere ve %10,740 kül içeriğine sahiptir.
Kümes atıklarının pelletleştirme karakterizasyonunun incelenmesi
Anahtar kelimeler: Kümes atıkları, organik gübre, biyo-yakıt, kurutma Tavukçuluk endüstrisi, ülkemizde en hızlı gelişen tarımsal sektörlerden birisidir. Tavuk üretiminin kaçınılmaz atığı olarak ortaya çıkan tavuk dışkısı veya kümes atığı en önemli bertaraf ve kirlilik problemi olmayı sürdürmektedir. Yılın her mevsiminde sürekli olarak ortaya çıkan atıklara çevresel ve ekonomik açıdan çözüm oluşturacak teknik ve teknolojilere ihtiyaç duyulmaktadır. Ham hali ile tavuk gübresinin biyo-yakıt ve organik gübre haline işlenmesinde, özellikle yüksek rutubet ve düşük hacim ağırlığı yönünden dar boğazlar bulunmaktadır. Bu nedenle, kümes atıkları hali hazırda, üretim bölgelerinde gübre ve toprak ıslahı amaçlı olarak araziye verilmektedir. Bu çalışmada, kümes atıklarının gübre değeri ve çevre kirleticiliği yönünden kompozisyonu, gübre kaynağı, toprak iyileştirici olarak değeri, enerji kaynağı olarak özelliği incelenmiş ve değerini iyileştirmek için ekolojik ve ekonomik teknolojiler değerlendirilmiştir
Tavuk gübresinin organik atıklarla pelet yapılarak yakılması
Tavuk kümesleri her geçen gün daha fazla miktarda altlık atığı oluşturmakta ve bu tipik olarak çevredeki tarım alanlarına gübre kaynağı olarak yayılmaktadır. Bununla birlikte, fazla miktarlar koku emisyonu, su kaynaklarına kirlilik ve patojen yayılımı gibi çevresel açıdan risk oluşturmaktadır. Kümes biyokütle atıklarının, kümeslerde alan ısıtmaya enerji sağlama amaçlı, özellikle diğer yerel tarımsal kaynaklarla karıştırılarak yakılması, cazip alternatif enerji kaynağı olarak görülmektedir. Bu çalışmada, kümesler boşaltılıp temizleme aşamasında kümes altlık örnekleri toplanmış ve enerji içerikleri, yanma gaz emisyonları ve yanmadan sonra geriye kalan kül karakteristikleri incelenmiştir. Ağaç talaşı, fındık kabuğu, mısır sapı ve çeltik kavuzu, tavuk gübresinin yakılmasında yanma ve emisyonları iyileştirme amacıyla, ayrıca incelenmiştir. Tavuk kümes altlığının alt ve üst ısıl değeri sırası ile 3100 – 3500 kcal/kg olarak tespit edilmiş, kuru ağırlık bazında kül miktarı kül miktarı % 19.4 olarak bulunmuştur. Külde en fazla bulunan mineral P2O5 olmuştur. Kümes altlıklarının yakılması yanma gazı emisyon limit değerlerini, en problemli NOx emisyonları dahil, sağlamıştır. Enerji değeri ve yanma gazı emisyonları olarak tarımsal atık maddeler, kümes atıklarından daha iyi değerler vermiştir. Çalışmada elde edilen bulgular, tavuk gübresi ve tarımsal atıkların kombine edilerek, ekonomik olarak uygun, enerji değeri yüksek biyokütle yakıtı üretilebileceğini göstermiştir.
Fındık zürufu ve arıtma çamuru karışımından süs bitkisi yetiştirme ortamı geliştirilmesi
Bu çalışmada, fındık zurüfu süs bitkileri için yetiştirme ortamı olarak kullanılabilirliğini saptamak amacıyla temel fiziksel, fiziko-kimyasal ve kimyasal özellikleri tespit edilmiştir. En uygun yetiştirme ortamı parametrelerini tespit etmek amacıyla ayrışma derecesine bağlı olarak ham, yarı olgun ve olgun fındık zurüfu örneklerinden (H1, H2, H3 ve H4) oluşan dört yetiştirme ortamı hazırlanmıştır. Fındık zürufunun partikül boyutu, ayrışma derecesi ile azalmış ve partikül boyut indeksi ham züruftan olgun zürufa doğru 95?36 arasında tespit edilmiştir. Fındık zurüfunun temel fiziksel parametreleri; toplam porozitesi, özgül ağırlığı, hacim ağırlığı ve büzülmesi ideal yetiştirme ortamı özelliklerini sağlamıştır. Düşük partikül boyut indeksi ve partikül çapı (dg) nedeniyle toplam su tutma kapasitesi ayrışma derecesi ile artmıştır. Ham materyal (H1) hariç, diğer numunelerin pH ve EC değerleri kabul edilebilir aralıkta tespit edilmiştir. Sonuçlar, partikül boyutu 0-2 mm aralığında olduğunda, uygun hava ve su tutma kapasitesi sağlandığından, fındık zurüfunun saksılı süs bitkileri için alternatif bir yetiştirme ortamı bileşeni olduğunu göstermiştir.Çalışmada gübre sağlayıcı olarak arıtma çamuru kullanılmış ve arıtma çamurları %12,5 (FZ+Ç1), %25 (FZ+Ç2), ve %50 (FZ+Ç3) oranlarında fındık zürufuna karıştırılarak yetiştirme ortamları hazırlanmıştır. Arıtma çamurunun ortamların başta azot olmak üzere bitki besin elementi içeriklerini önemli derecede arttırdığı belirlenmiştir. Hazırlanan yetiştirme ortamları, standart ticari torf kullanılan kontrol uygulaması ile kıyaslanarak bazı dış mekân süs bitkileri (Leylandi, Mazı, Ligusturum ve Akasya) ile biri kışlık diğeri yazlık mevsimlik çiçek (Primula ve Tagates) bitkisinde süs bitkisi yetiştirmeye uygunluğu belirlenmiştir. Elde edilen sonuçlara göre, arıtma çamuru uygulanan ortamlar en iyi bitki büyütme performansı gösteren yetiştirme ortamları olmuştur.Atık malzemelerin yetiştirme ortamı olarak kullanımının, ekonomik ve çevresel açıdan atık yönetimi için uygun bir yöntem olduğu görülmüştür.
Arıtma çamurlarındaki ağır metallerin bitkilerle giderimi
Bu çalışmada, arıtma çamurlarının içerdiği ağır metallerin daha önce çalışılmamış yerel bitkiler tarafından giderimi ve bu giderime kükürt, tarımsal jips ve EDTA kimyasallarının etkisi tespit edilmiştir. Deneme bitkileri olarak Conyza canadensis, Conium maculatum (Baldıran), Datura stramonium, Brassica juncea (Hint hardalı), Pelargonium hortorum (Sardunya) ve Brassica oleraceae var. oleraceae (Karalahana) seçilmiş, bu bitkilerin çamurdan, Pb, Zn, Cu, Cr, Ni ve Cd metallerini alma potansiyelleri incelenmiştir. En yüksek Cu, Cr ve Pb konsantrasyonları hiperbiriktirici Brassica juncea'da saptanmış, Cu: 109,92 mg kg-1 kök-48,82 mg kg-1 gövde, Cr: 169,58 mg kg-1 kök-64,69 mg kg-1 gövde ve Pb: 42,27 mg kg-1 kök-81,5 mg kg-1 gövde olarak tespit edilmiştir. Kök dokusunda en yüksek Zn konsantrasyonu Brassica juncea'da saptanırken (680,99 mg kg-1 kök), bitki Zn'yu gövde dokusuna taşıyamamış en yüksek gövde konsantrasyonu Datura stramonium'da olmuştur (259,45 mg kg-1 gövde). Cd metalinde öne çıkan bitki Conyza canadensis olmuş, bitki kök ve gövdesinde sırasıyla 2,81 mg kg-1 ve 3,61 mg kg-1 Cd saptanmıştır. En yüksek Ni konsantrasyonları Datura stramonium bitkisinde tespit edilmiş, kök ve gövdede 57,29 mg kg-1 ve 18,42 mg kg-1 olmuştur. Deneme bitkilerinden Brassica juncea, Datura stramonium ve Conyza canadensis öne çıkan bitkiler olmuş, Conium maculatum, Brassica oleraceae var. oleraceae ve Pelargonium hortorum bitkileri hiperbiriktirici özellik gösterememişlerdir. EDTA kimyasalı Cd metali hariç diğer tüm metallerde en etkili metal alımını sağlayan uygulama olurken, Cd gideriminde ise kükürt etkili uygulama olmuştur. Bitkiler çamurdaki mevcut ağır metalleri ortalama olarak %65 oranında giderebilmiş, %35'lık kısım ise bitki tarafından düşük alınabilir formda olmuştur. Biyolojik biriktirme faktörlerine baktığımızda bitkilerin Cu, Cd ve Pb'u aktif olarak biriktirdiği (>1) belirlenmiştir. Deneme bitkileri Zn, Ni ve Cr'u aktif olarak dokularında biriktirememiş, tüm bitkilerde saptanan biyolojik biriktirme faktörleri 1'den düşük gerçekleşmiş, bitkiler hiperbiriktirici özellik gösterememişlerdir. Yer değiştirme faktörlerine genel olarak baktığımızda ise, deneme bitkilerinin Cd ve Pb'u hemen hemen tüm uygulamalarda aktif olarak üst dokularına naklettiği tespit edilmiş, faktör değerleri >1 olarak saptanmıştır.
Arıtma çamurunda patojen giderimine solarizasyonun etkisi
Anahtar kelimeler: Solarizasyon, arıtma çamuru, inaktivasyon, Termotolerant koliform, Enterococci, E. coliSolarizasyon uygulamasının arıtma çamurundaki bakteri inaktivasyonuna etkisi Termotolerant koliform, Enterococci, E. coli indicator mikroorganizmaları seçilerek çalışılmıştır. Solarizasyon çamur sıcaklığını önemli derecede yükseltmiştir. Maksimum çamur sıcaklıklarına uygulamanın 2. haftasının başında ulaşılmış, 0-10, 10-20, 20-30, 30-40 cm çamur derinliklerinde sırasıyla 65, 58, 55, 50 °C olarak ölçülmüştür. E. coli en hassas mikroorganizma olarak belirlenmiş ve solarizasyonun 12. gününde izlenen her çamur derinliğinde belirlenemez seviyelere kadar azalmıştır. Termotolerant koliformlar'ın da hızlı bir şekilde inaktive olmasına karşın, belirlenebilir limitlerin altına düşmediği görülmüştür. Enterecocci'un inaktivasyon eğrisinde hem tail hem de shoulder gözlemlenmiş ve Termotolerant koliform ve E. coli ile kıyaslandığında sıcaklığa karşı en dirençli mikroorganizma olduğu belirlenmiştir. Sonuç olarak, solarizasyonla yükselen sıcaklık değerleri, iki hafta içinde patojen yönetmelik limitleri ile karşılaştırıldığında bu üç mikroorganizmayı kabul edilebilir seviyelerin altına kadar düşürmeyi başarmıştır.
Atıksuların yapay sulak alanlarda arıtımının incelenmesi
Yapay sulak alanlar, evsel atıksu arıtımı için konvansiyonel arıtma sistemlerine bir alternatif olarak son yıllarda uygulanması artan enerji ihtiyacı az, yatırım ve işletme maliyetleri düşük, işletim şartları basit, çamur üretimi çok az, doğal bir atıksu arıtma sistemidir.Bu çalışmada bir yatay akışlı, yapay sulak alan teknolojisi incelenmiştir. Bu çalışma Sakarya Geyve Doğantepe köyünde evsel atıksuyu arıtmak üzere kurulmuş içinde Typha latifola L. bitkisi bulunan yapay sulak alan üzerinde ekim 2007? nisan 2008 sezonunda 7 aylık periyotta yürütülmüş olup, AKM, KOİ , BOİ, NH4-N ve NO3-N parametrelerinin kirlilik giderim verimi araştırılmıştır.Yapay sulak alanı ortalama kirlilik giderim verimlilikleri sırasıyla AKM %91-96, KOİ %75-91, BOİ % 90-93 , NH4-N % 22-34 ve NO3 ?N % 65-75 bulunmuştur. Bu çalışma sonucunda kış periyodunda, yapay sulak alanların, kırsal alandaki evsel atıksuların kirlilik düzeyinin azaltılmasında önemli bir rol oynadığı kanaatine varılmıştır.Anahtar Kelimeler : Evsel atıksu, Arıtma, Yapay sulak alan, Typha latifolia L.,