Atıkların hidrotermal karbonizasyonunun araştırılması ve çevresel etkilerinin belirlenmesi

Bu çalışmanın ana amacı arıtılması ve bertarafı zor olan atık biyokütleden hidrotermal karbonizasyon yöntemi ile yüksek enerji içerikli yakıtlar üretilmesi ile proses esnasında oluşacak atıkların çevresel etkilerinin belirlenmesidir. Her yaşam alanında oluşan mutfak atığı, düzenli depolama alanlarının artmasına neden olan belediye katı atıkları ve arıtma tesislerinin en önemli problemlerinden olan arıtma çamurları HTK prosesi için hammadde olarak seçilmiştir. Hidrotermal karbonizasyon çalışmalarında değişen sıcaklık (180 °C, 200 °C, 220 °C, 230 °C, 240 °C, 260 °C, 280 °C, 290 °C, 300 °C), bekletme süresi (30 dk, 1, 4, 6, 8, 12, 16, 24 saat) ve atık/su (%10, %25, %30, %50, %75) oranı gibi proses parametrelerinin hidrokömür kalitesi üzerindeki etkileri incelenmiştir. Elde edilen hidrokömürlerin karakteristiği incelenerek hidrotermal karbonizasyon şartlarının susuzlaştırılabilirlik, karbon içeriği ve enerji değerine katkısı araştırılmıştır. Hidrotermal karbonizasyon işlemi sırasında %70-%80 oranında CO2 içeren gaz ürünleri oluşmuştur. Sıvı üründe pH değerlerinin azaldığı, iletkenlik değerlerinin ise arttığı görülmüştür. Hidrotermal karbonizasyon proses suyu ortalama 30.000-36.000 mg/lt aralığında kimyasal oksijen ihtiyacı içermektedir. En yüksek enerji içeriği mutfak atığı ile yapılan çalışmada %75 katı oranında 24 saat ve 290 °C sıcaklıkta 31,63 ± 0,19 MJ/kg olarak bulunmuştur. Belediye katı atığında en yüksek enerji değeri %30 katı oranında 12 saat 260 °C sıcaklıkta elde edilen hidrokömürde 23,49 ± 2,01 MJ/kg olarak ölçülürken kentsel arıtma çamuru için en yüksek enerji değeri olan 20,93 ± 0,23 MJ/kg, %50 katı oranında 12 saat 220 °C sıcaklıkta oluşan hidrokömürde elde edilmiştir. Enerji değerlerindeki artışlar elementel analiz sonuçları ile desteklenmiş ve linyit kömürüne göre daha yüksek karbon içeriğine sahip hidrokarbon elde edilmiştir. Hidrotermal karbonizasyon işleminde, tüm numunelerin karbon içerikleri giriş maddesine göre artarken, aynı zamanda oksijen miktarında da azalma gözlenmiştir. Hidrotermal karbonizasyon reaksiyonu ile atıkta değişimlerin gerçekleşmesi FTIR, SEM, XRD analiz sonuçları ile örtüşmüştür. Hidrotermal karbonizasyonun çevresel etkilerinin gözden geçirilmesi ihtiyacı vurgulanarak yaşam döngüsü analizi yapılmıştır. YDA sonuçları HTK ve anaerobik çürütme proseslerinin kombinasyonunun, enerji geri kazanım potansiyelleri nedeniyle yakmaya göre daha az çevresel etkiye sahip olduğunu göstermiştir.