Yakıt hücresi entegre yapay sulak alanlarda farklı dolgu malzemelerinin atıksu giderim ve biyoelektrik üretim potansiyeline etkisinin araştırılması

Doktora tez araştırmasında, farklı dolgu malzemelerine sahip yukarı akışlı yapay sulak alana entegre yakıt hücresi (YSA -YH) sistemleri tasarlanarak, atık su arıtımına eş zamanlı olarak biyoelektrik üretimi değerlendirilmiştir. Tez çalışması ile YSA - YH sistemlerinde farlı dolgu malzemelerinin atık su arıtma prosesi ve biyoelektrik üretim potansiyeli üzerindeki etkisini araştırılması ve daha yüksek atık su arıtma ile daha yüksek biyoelektrik üretim performansının elde edilmesi için en verimli dolgu malzemesi tipinin belirlenmesi amaçlanmıştır. Bu kapsamda, dört adet mezokozm ölçeğinde YSA – YH kurulmuş ve uygun konsantrasyonlarda sentetik olarak oluşturulmuş atık sular verilerek sistemler test edilmiştir. Doğal koşullar altında yürütülen çalışma da, dört farklı dolgu malzemesi (torf, kum, zeolit ve volkanik cüruf) kullanılmış ve bu malzemelerin entegre sistemler içerisindeki atık su arıtma ve biyoelektrik ürettirme potansiyelleri ortaya çıkarılmıştır. Entegre sistemler üzerinde 120 gün boyunca gerçekleştirilen deneylerde zeolit dolgu malzemesine sahip YSA -YH sisteminin diğer sistemlere göre hem atık suları temizleme hem de biyoelektrik üretme potansiyeli açısından daha yüksek bir verimde çalıştığı bulunmuştur. Bu kapsamda, zeolit tabanlı entegre sistemin ortalama nitrat, amonyum, kimyasal oksijen ihtiyacı ve toplam fosfor giderimi sırasıyla % 81,1, % 93,1, % 92,1 ve % 96,7 olarak tespit edilmiştir. Zeolit dolgu malzemesinin entegre sistem içerisinde gösterdiği bu verimlilik, bu dolgu malzemesinin daha geniş spesifik yüzey alanı, daha gözenekli bileşimi ve farklı çerçeve yapısından kaynaklandığı ortaya konulmuştur. Bununla birlikte, çalışma süresi boyunca zeolit tabanlı YSA - YH entegre sisteminin diğer dolgu malzemeleri ile kurulan entegre sistemlere göre daha yüksek seviyede bir biyoelektrik üretimi gerçekleştirdiği tespit edilmiş olup, ortalama çıkış voltajı, güç yoğunluğu ve Koulombik verimliliği de sırasıyla 1,008 ± 0,14 V, 15,1 mWatt/m2 ve % 1,64 olarak kaydedilmiştir. Bu veriler ışığında, kullanılan zeolitin YSA-YH entegre sistemi içerisinde organik substratın parçalanmasını kolaylaştırarak elektron akışının katalizlenmesinin arttığı tespit edilmiştir. Sonuç olarak, kurulan entegre sistemler içerisinde zeolitin dolgu malzemesi olarak kullanılması, torf, volkanik cüruf ve ince kumun entegre sistemlerde kullanılmasına göre daha yüksek arıtma verimi ve daha yüksek biyoelektrik üretimi gerçekleştirdiğini belirtmektedir.