Chemical Engineering

Çevre kirliliği ve özellikle su kirliliği artan dünya nüfusu, buna bağlı olarak da meydana gelen birçok ihtiyaç ve giderek artan tüketim hızı nedeni ile çağımızın en büyük sorunları arasında yer almaktadır. Gereksinimler ve tüketim hızı sanayileşmeyi gerektirmekte, sanayileşme enerji gereksinimini arttırmakta ve tüm bunlara bağlı olarak da insana ve doğal yaşama karşı tehlike oluşturan birçok atık açığa çıkmaktadır. Kimya, sağlık, tekstil gibi birçok sektörün yanında gıda sektöründe de kirlilik yükü bakımından bir artış söz konusudur. Ülkemizde gıda sektörü içerisinde yer alan süt ve süt ürünleri işletmeleri kirlilik yükü anlamında önemli bir yer oluşturmaktadır. Bu nedenle bu çeşit işletmelerde oluşan atıkları alıcı ortama (suya ve toprağa) vermeden önce en uygun arıtım yöntemleriyle en zararsız duruma getirmek gerekmektedir. 1 kg peynir üretiminden 9 kg peynir altı atık suyu elde edilmektedir. Türkiye'de yoğun olarak tüketilen süt ürünlerinin başında peynir gelmektedir. Ülkemizde 2014 yılında toplam peynir üretimi 638 648 tondur [1]. Bu durumda ortaya çıkan PAS (peynir altı suyu) miktarı 5 747 000 tondur. Peynir altı sularının değerlendirilmesine ilişkin çok fazla sayıda seçenek olmasına karşın, dünyada üretilen peynir altı sularının yaklaşık olarak yarısı herhangi bir arıtma uygulanmadan alıcı ortama boşaltılmaktadır. Herhangi bir arıtma uygulanmayan ham peynir altı sularının çevresel risk oluşturmasının yanında, arıtma uygulanan bu çeşit yüksek organik yüklü atık suların arıtma çıkışı suları bile çoğu zaman boşaltım standartlarını sağlayamamaktadır. Her geçen gün artan peynir altı suyu üretimi ve mevzuatlarda öngörülen çıkış suyu kalitesinin yükselmesi, bu atık suların arıtımı için uygun çözümler bulunmasını gerekli kılmıştır [2]. Peynir altı atık suyunu arıtmada diğer yöntemlere göre daha verimli ve üstün olduğu için anaerobik arıtım yeğlenmektedir [3]. Ayrıca anaerobik arıtım sonucunda elde edilen son ürünün de değerlendirilebilir olması anaerobik arıtım sistemlerinin yeğlenmesinde önemli bir rol oynamaktadır. Bu amaçla biyogaz tesisleri oluşturulmuş ve son ürünün elektrik enerjisi, ısınma gibi şekillerde değerlendirilerek ekonomik anlamda kazanç sağlanması hedeflenmiştir. Bu araştırmanın amacı kesikli üretimin yapıldığı işletmelerde peynir altı atık suyundan biyogaz elde edilmesi sırasında yukarı akışlı çamur yataklı anaerobik reaktörlerde sürekliliğin sağlanması ve atık kaynaklı kirliliğin (özellikle su ve toprak kirliliğinin) önlenmesi için değişen koşullara göre en uygun sıcaklık, pH ve seyreltme oranlarının belirlenmesidir. Peynir altı suyunun (PAS) yüksek laktoz içeriği nedeniyle havasız arıtımı sırasında ani pH düşüşleri görülmektedir. Bunun nedeni ise asit üreten bakterilerin metan üreten arkelerden daha hızlı çoğalmaları ve asit üretiminin sistemde artarak metan üreten arkelerin etkinliğini düşürmesi, hatta durdurmasıdır. Bilinen PAS arıtım sistemlerinden farklı olarak bu çalışmada; PAS yapısında bulunan fermentatif ve hidrolitik bakteriler olarak isimlendirilen bakteri gruplarının peynir altı suyunda bulunan öncelikle laktozu ve proteinleri parçalayarak, laktik asit ve büyük bir kısmını da çözülebilir organik maddelere dönüştürerek daha kararlı duruma gelmiş PAS Yukarı Akışlı Çamur Yataklı Havasız Reaktöre (YAÇYHR) verilecektir. Bu sayede hidroliz ve asidojenik faz yukarı akışlı çamur yataklı reaktör girişi öncesinde gerçekleşeceğinden, YAÇYH reaktörde mikroorganizmaların substrata daha çabuk uyumu sağlanacak ve buna bağlı olarak çıkış suyu kalitesi artacak, yüksek KOİ (Kimyasal Oksijen İhtiyacı) giderimi ve iyi bir metana dönüşüm oranı elde edilecektir.

In this study; effect of pH and amount of anaerobic biological treatment sludge (ABTS) on biogas production rate was investigated by co-digestion of cattle manure with ABTS. Laboratory experiments were performed in batch tank reactors at mesophilic conditions using Box-Wilson experimental design method. Temperature and total solid concentration was kept constant. The amount of ABTS and pH were varied between 50-150 g and 6.8-7.8 respectively. Statistical analyses were carried out by the use of Design Expert Trial 7.0.0 program. Maximum biogas production rate obtained at a pH value of 7.28 and the amount of anaerobic biological treatment sludge of 108.17 gram was 1.805 mL/day.g.

The high lactose content of cheese whey adversly affects the activities of the methane archaea due to the rapid pH drop during directly treatment in the UASB reactor and cheese whey pH must be controlled first in pre-treatment tank and it would be fed to the UASB reactor at stable pH. In this study, the effects of temperature, pH and dilution ratios on lactose conversion were modeled in the pretreatment tank depending on the data obtained in the experimental conditions determined by the statistical experimental design method. In this study, lactose conversions determined by measuring lactose concentrations with DNS method at the conditions determined by the Box-Wilson experimental design method, and they were studied in 20 reactors. The obtained data was evaluated by Design Expert 7.0.0 Trial "package program. Using the obtained data in the "Design Expert 7.0.0 Trial" package program, the following model equation was obtained in the pre-treatment tank: Y 1 = 44,70 + 14,11*X 1 + 1,35*X 2 +2,85*X 3 – 0,29*X 1 *X 2 + 0,80*X 1 X 3 – 0,13*X 2 X 3 + 6,81*X 1 2 + 3,24*X 2 2 + 1,75*X 3 2 (Y 1 = % Lactose Conversion, X 1 = Temperature, X 2 = pH, X 3 = Dilution Ratio) In the pretreatment reactor, a model equation that gives the changes of the lactose conversion with temperature, pH and dilution ratio was developed and controlled feed conditions for the UASB reactor were determined.