Gıda fermantasyon prosesinden ve organik kimya sektöründen kaynaklanan koku emisyonlarının karakterizasyonu

Koku parametresi günümüzde artan refah seviyesi ile beraber önemli bir kirlilik parametresi olarak ön plana çıkmaktadır ve kokuya sebep olan uçucu organik bileşiklerin meydana getirdiği problemlerin en asgari seviyelere indirilmesi gerekmektedir. Özellikle endüstriyel faaliyetler sonucu proseslerde oluşan kokulu atık gazlar atmosfere kontrolsüz olarak salınmakta ve tesislerin bulundukları bölgelerde koku emisyonu kaynaklı problemler ortaya çıkmaktadır. Tez çalışması kapsamında koku emisyonlarının yoğun olarak ortaya çıktığı gıda sektöründeki fermantasyon prosesi ve organik kimya sektörü ele anılarak bu sektörlerden kaynaklanan koku emisyonlarının karakterizasyonu sağlanmıştır. UOB'lerin en etkin bir biçimde örneklenmesi için aktif örnekleme işlemi, pompa sistemi yardımıyla havanın sorbent tüplerden geçirilmesi esasına göre gerçekleştirilmiştir. Örnekleme sırasında gıda fermantasyon prosesinden çıkan ve düşük buhar basıncında, yüksek uçuculuktaki UOB'lerin adsorplanmasına daha fazla olanak sağlayan 20:35 Tenax-TA™, 60:80 Carboxen™ 1000 ve 60:80 Carbosieve™ SIII sorbentlerini içeren sorbent tüpler kullanılmıştır. Örneklenen UOB'lerin GC/MS sistemine en uygun biçimde aktarılabilmesi ve ölçüm sonuçlarının temsil edici olabilmesi için GC/MS sistemi, TD (ısıl ayrıştırıcı) ile desteklenmiştir. Böylece sorbent tüp üzerinde örneklenen UOB'ler yüksek sıcaklıkta desorbe edilerek GC/MS sistemine aktarılmıştır. İncelenen gıda fermantasyon prosesi sonucunda etanol, asetaldehit, aseton ve 1-propanol gibi UOB'leri içeren atık gaz akımları atmosfere salınmakta ve koku probleminin oluşmasına sebebiyet vermektedir. Bu kapsamda fermantasyon prosesinden kaynaklanan ve kokuya sebep olan toplam emisyonun ≥ %99'dan fazlasına sebep olan uçucu alkollü bileşikler analiz edilmiştir. Prosesten kaynaklı literatür bazlı teorik emisyon hesaplamaları yapılmış olup analitik analiz sonuçları ile mukayese edilmiştir. Seçilen gıda fermantasyon prosesinde farklı zamanlarda 5 örnekleme işlemi gerçekleştirilmiştir. 1000, 100, 50, 20 ml'lik hacimlerde gerçekleştirilen ilk 3 örneklemenin sonucunda, en uygun ve temsil edici sonuçlar 50 ve 20 ml'lik numunelerin analizleri sonucunda elde edilmiştir. Bu sonuçlar doğrultusunda 130 mg/m3'lük bir emisyonun atmosfere salındığı tespit edilmiştir. Fermantasyon prosesinin 17 saatlik emisyon karakterizasyonu ortaya koymak amacıyla gerçekleştirilen 4. ve 5. örneklemelerde, seçilen bir fermantörden çalışmaya başladığı saat itibariyle her saat başında atık gaz örneklemeleri gerçekleştirilmiştir. Prosesinin 17 saatlik atık gaz karakterizasyonunu ortaya koymak adına 20 mL'lik hacimlerde örnekleme yapılmıştır. Analizler sonucunda örneklenen etanol miktarının kalibrasyon için tanımlanan aralığın üstünde olduğu ve bunun hata payının artmasına sebebiyet vereceği tespit belirlenmiştir. Tekrarlanacak 17 saatlik emisyon örnekleme işlemi için 10 mL'lik örnek hacimlerinin ölçüm yapılabilecek kalibrasyon aralığında sonuçlar verebileceği öngörülmüştür. Gerçekleştirilen 17 saatlik örneklemenin tüm analiz sonuçları kalibrasyon aralığı dahilinde sonuçlar vermiştir. Elde edilen sonuçlar doğrultusunda alkol grubu UOB'ler için fermantasyon prosesinin başlangıç saatlerinde 1000 mg/m3–1200 mg/m3 mertebeleri arasında değişen emisyon konsantrasyonları olduğu ölçülmüştür. Fermantasyon prosesinin 10. saatinden sonra emisyonlarda ciddi derecede bir düşüş gözlemlenmektedir. Prosesin 13. saatinden sonra çevrimin bittiği ve 17. saate kadar emisyon değerlerinin çok düşük mertebelerde seyrettiği görülmektedir. Analitik ölçüme ek olarak kokuya sebep olan emisyonlarının subjektif algısının tespiti için olfaktometrik koku ölçüm hizmeti de alınarak elde edilen sonuçlar literatür verileri ile karşılaştırılarak irdelenmiştir. Fermantasyon prosesi atık gaz karakteristiği incelendiği zaman ise alkol grubu emisyonlarının %70-%75 gibi oranını etanol emisyonu, %25-%30 gibi oranının asetaldehit emisyonu ve ≤ %5 kadarını ise aseton ve propanol gibi diğer UOB'ler içermektedir. Organik kimya sektörünü temsilen seçilen tesisin üretim prosesini tanımak amacıyla yetkililer ile görüşülüp saha ziyaretleri yapılmıştır. Elde edilen bilgiler doğrultusunda tesisten kaynaklı emisyonu başlıca TMA uçucu organik bileşiğinin oluşturduğu belirlenmiştir. Bunun yanında dimetilamin, trietilamin, dimetil sülfoksit gibi UOB'lerin de koku emisyonuna eser miktarlarda katkı sağladıkları belirlenmiştir. Organik kimya sektöründen kaynaklanan dimetilamin ve trimetilamin gibi metilamin bileşiklerinin sorbent malzeme üzerine tutunumları incelenmiştir. Bu incelemelerin sonucunda Carbopack™, Carbosieve™, Carboxen™ gibi sorbent malzemelerin büyük spesifik alana sahip olmalarına rağmen metilamin bileşiklerini adsorbe etmede yetersiz olduğu görülmüştür. Bunun nedeni, sorbent seçiminde dikkat edilen bir parametre olan dane boyutudur. Carbopack™, Carbosieve™, Carboxen™ gibi sorbent malzemelerin dane boyutu çok küçük olduğundan dolayı, sorbent tüp boyunca basınç kaybı çok yüksek seviyelere ulaşmakta ve metilamin bileşiklerinin adsorpsiyonu gerçekleşememektedir. Literatürde yapılan çalışmalar incelendiğinde Tenax™ TA dolgu malzemesinin amin grubu bileşikleri analiz etmekte en etkin dolgu malzemesi olduğu düşünülmektedir. Tenax dolgu malzemesiyle doldurulmuş sorbent tüplerin metilamin bileşiklerinin ölçülmesinde termal desorpsiyon sistemiyle birlikte sıklıkla kullanıldığı ve güvenilir sonuçlar verdiği belirlenmiştir. Tez kapsamındaki çalışma amaçlarından biri de yerli üretim teknolojilerin oluşturulması ve böylece dış ülkelere olan bağımlılığın ortadan kaldırılarak yerli malı üretiminin sağlanmasına imkan tanınmasıdır. Bu amaçla doğrultusunda kendi yerli sorbent tüpümüzü üretmek adına sorbent dolgu malzemesi dışında kalan kalıp, filtre malzemesi ve cam yünü gibi destek malzemeleri temin edilmiştir. Böylece TD/GC/MS analizlerinde kullanılan sorbent tüplerin dolgu malzemesi dışındaki kısımlarının yerli üretimi sağlanmıştır. Analizler öncesinde tüplerin ölçüm doğruluğunu kıyaslamak üzere orijinal tüpe Tenax-TA™ (20:35 mesh) ve kendi üretimimiz olan Tenax-TA™ (60:80 mesh) tüpe, önceden konsantrasyonu bilinen standartlar enjekte edilmiş ve bu enjeksiyonlar her iki tüp için de kendileri için hazırlanan kalibrasyonlar doğrultusunda okunmuştur. İki tüp üzerinde maddelerin tutunumları da karşılaştırılmış ve eşit yüklemelerde DMA için eşit tutunum gözlemlenirken, TMA tutunumunun orijinal tüpte %5-10 oranlarında daha fazla olduğu belirlenmiştir. Oluşan bu farkın aynı maddenin farklı dane çaplarının kullanılmasından kaynaklı olduğu düşünülmüştür. Gerçekleştirilen ön hazırlık işlemleri ve hazırlanan kalibrasyonlar sonrasında, seçilen organik kimya tesisinde farklı zamanlarda 3 örnekleme işlemi gerçekleştirilmiştir. 20, 50, 100, 250 ml hacimlerinde atık gaz örneklemeleri yapılmış olup, analizler sonucunda 50 ml'lik örneklemenin en uygun sonuçlar verdiği belirlenmiştir. Tesiste 100 m3/saat kapasiteli hatta örnekleme yapılmış olup, 44 mg/m3'lük TMA emisyonunun oluştuğu tespit edilmiştir. Dolayısıyla bu hattan günde 1056 g TMA emisyonu açığa çıkmaktadır. Analitik ölçüme paralel olarak alınan hizmet doğrultusunda olfaktometrik koku ölçümü de gerçekleştirilmiştir. Yapılan olfaktometrik analizlerde 19863 KB/m3 gibi yüksek bir kokulu gaz emisyonunun olduğu ortaya çıkmıştır. Bu değerler sonuçların literatür değerleri ile oldukça uyumlu olduğunu göstermektedir.