Geri Dön

Anaerobic treatment of soapstock splitting wastewater

Soapstock atıksuyunun anaerobik arıtımı

PDF İndir

  1. Tez No: 847782
  2. Yazar: SİMGE SERTGÜMEÇ
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. MAHMUT ALTINBAŞ
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Çevre Mühendisliği, Environmental Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2022
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Çevre Bilimleri, Mühendisliği ve Yönetimi Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 98

Özet

Gelişen dünyada özellikle hızla artış gösteren populasyona bağlı olarak kitlelerin ihtiyaçları da artış göstermektedir. Bu ihtiyaçların başında beslenme gibi önemli ihtiyaçlar da gelmektedir. Küresel ölçekte artan besin ihtiyacını karşılamak adına yemeklik yağ üretimi hız kesmeden devam etmektedir. Yemeklik yağ genel olarak bitkisel kaynaklı ve hayvansal kaynaklı olabilir. Fakat, temelde dünya çapında üretilen yağın çok büyük bir kısmını yağlı tohumlardan üretilen bitkisel yağlar oluşturmaktadır. Dünya üzerinde birçok farklı ülkede çok farklı çeşitlerde yağlı tohum yetiştirilmektedir. Yağlı tohumların içerikleri, yağ oranları, nem oranları, içerisinde barındırdıkları yağ asitleri vs. yetiştirildikleri ortama, iklime, toprağın yapısına göre değişkenlik göstermektedir. Dolayısıyla yağlı tohumlardan elde edilen bitkisel yağların da içerikleri ve özellikleri birbirinden farklıdır. Yağlı tohumlardan bitkisel yağların elde edilebilmesi amacıyla ekstraksiyon işlemi gerçekleştirilmesi gerekir. Bitkisel yağların insani tüketim amacıyla, yani yemeklik olarak kullanılabilir hale getirilmesi gerekmektedir. Bu nedenle ekstraksiyon işlemi sonucu açığa çıkan ham yağın içerisinde bulunan istenmeyen maddelerin bir dizi işlem vasıtasıyla uzaklaştırılması gerekmektedir. Ham bitkisel yağın içerisinde bulunan ve uzaklaştırılması gereken maddeler genel olarak serbest yağ asitleri, vitaminler, antioksidanlar, alkol, mumsu maddeler vb.'dir. Bu tarz istenmeyen maddeleri ham yağın içerisinden uzaklaştırmak amacıyla rafinasyon işlemi gerçekleştirilir. Rafinasyon işlemi, mumsu yapışkan özellikteki maddelerin giderildiği gum giderme, serbest yağ asitlerinin nötralize edildiği nötralizasyon, ağartma, koku giderme, vinterizasyon adımlarından meydana gelmektedir. Rafinasyon işleminin nötralizasyon adımında kostik vasıtasıyla alkali ortam oluşturulur ve böylece serbest yağ asitleri ile kostik tepkimeye girerek sabunsu vakslı maddeler meydana gelir. Bu sayede, ham yağ içerisindeki serbest yağ asitleri giderilmiş ve soapstock adı verilen bu sabunsu yan ürüne dönüştürülmüş olur. Soapstock, yapısı gereği içerisinde yağ bulundurur ve bu sebepten dolayı geri kazanılarak değerlenmesi gereken bir yan üründür. Dolayısıyla soapstock'tan asit yağı geri kazanımı dünya genelinde yaygındır. Asit yağı üretimi için sülfirik asit ile asit çatlatma yöntemi uygulanmaktadır. Asit çatlatma işleminde yüksek ısılı kazanda sülfirik asit ile soapstock bir araya getirilmekte ve asit yağı üst faz olarak kazanılmaktadır. Altta kalan faz ise atıksudur. Bu tez kapsamında soapstock atıksuyunun karbon gideriminin anaerobik arıtılabilirliğinin performansı incelenmiştir. Bu amaca yönelik olarak, Türkiye'de Marmara Bölgesi'nde bulunan bir yemeklik yağ üretim fabrikasının soapstock geri dönüşümünün yapıldığı tesisten atıksu numunesi temin edilmiştir. Atıksuyun detaylı karakterizasyonu gerçekleştirilmiştir. Aşı çamuru olarak bir maya üretim endüstrisinin anaerobik çürütücüsünden alınan çamur, bir biyogaz tesisinden alınan digestate ve taze büyükbaş hayvan dışkısı kullanılmıştır. Anaerobik reaktörler yarı kesikli sürekli sistem olarak tasarlanmış ve mezofilik koşullarda (37°C) sabit sıcaklıkta bir odada çalıştırılmıştır. Reaktörler genel olarak farklı pH değerlerinin ve farklı aşı çamurlarının, farklı hacimsel yükleme hızlarının, FeCl3 dozajlarının ve karıştırmanın etkisinin inceleneceği şekilde planlanmıştır. Bu çalışma kapsamında kurulan anaerobik reaktör düzeneklerinin ilkinde optimizasyon çalışması yapılmıştır. İlk deney düzeneğinin temel amacı, Kimyasal Oksijen İhtiyacı (KOİ) giderim verimliliğinin, farklı pH değerlerinde ve farklı inokulum mevcudiyetinde reaktörlerde nasıl değişeceğini anlamaktır. İkinci deney setinde ise reaktörler birinci deney düzeneğinde iyi verim gözlenen pH'ta, yine iyi verim gözlenen aşı çamuru içeriği ile kurulmuştur. Bu deney setinde, hacimsel yükleme oranının KOİ giderim verimliliği üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Ayrıca, karıştırmanın giderim verimliliği üzerindeki etkisi de test edilmiştir. Üçüncü deney düzeneğinde soapstock atıksuyunun yüksek sülfat içeriği nedeniyle anaerobik ortamda oluşan H2S gazının neden olduğu inhibisyonu önlemek amacıyla eklenen FeCl3 miktarı hacimsel yükleme oranı değişimi ile eş zamanlı olarak incelenmiştir. Günlük FeCl3 miktarının fazla olduğu durumun anaerobik reaktörlerin verimine etkisinin araştırılması amacıyla dördüncü reaktör düzeneği kurulmuştur. Bu kısımda farklı reaktörlere üç farklı FeCl3 dozajı eklenerek deney gerçekleştirilmiştir. Atıksuya ait Toplam Katı Madde, Uçucu Katı Madde, Askıda Katı Madde, Uçucu Askıda Katı Madde, Çözünür Kimyasal Oksijen İhtiyacı, Toplam Kimyasal Oksijen İhtiyacı, pH, İletkenlik, Renk, Toplam Fosfor, Toplam Kjeldahl Azotu, Amonyak, Asidite parametreleri standart yöntemlere göre yapılmıştır. IC cihazı (Dionex, ICS- 3000, ABD) kullanılarak sülfat ve iyon ölçümü gerçekleştirilmiştir. pH, Thermo-Orion 720 A+ model pH metre, iletkenlik Hach-sensION5 model cihaz kullanılarak ölçülmüştür. Yapılan tüm analizlerde, deneyler iki tekrarlı olarak gerçekleştirilmiştir. Ham atıksuya ait toplam KOİ değeri yaklaşık 28100 mg/L, çözünür KOİ değeri ise ortalama 25500 mg/L'dir. Atık sudaki toplam katı madde miktarı ortalama 76500 mg/L olup, bunun yaklaşık 45500 mg/L'si uçucudur. Ayrıca atık sudaki askıda katı madde miktarı yaklaşık 500 mg/L ve uçucu askıda katı madde miktarı ise 385 mg/L'dir. pH değeri 0,2 olan ve oldukça asidik bir yapıya sahip olan atık su, aynı zamanda 103 mS/cm gibi yüksek bir iletkenliğe sahiptir. Atıksu örneğinin renk parametresi 3495 PtCo olup koyu bir renge sahiptir. Toplam fosfor değeri ortalama 41 mg/L olan atık su, aynı zamanda yaklaşık 2000 mg/L konsantrasyon ile yüksek TKN değerine sahiptir. Amonyak değeri ise 300 mg/L'dir. Atıksuda toplam 39150 mg CaCO3/L asidite vardır. Bunun 26200 mgCaCO3/L'si mineral asiditedir. Atıksuyun sülfat miktarı çok yüksektir ve 68000 mg/L'dir. Farklı aşı çamurlarının pH değerleri sırasıyla maya üretim endüstrisinin anaerobik çürütücüsünden gelen numune için 8,58, digestate için 8,30 ve taze büyükbaş hayvan dışkısı için 8,25'tir. Maya üretim endüstrisinin anaerobik çürütücüsünden gelen aşı çamurunun TS oranı % 10 ve VS oranı % 0,3'tür. Digestate'in TS oranı % 13 ve VS oranı % 7'dir. Taze büyükbaş hayvan dışkısının ise TS oranı % 11 ve VS oranı % 9'dur. Anaerobik reaktörlerde KOİ giderimi gözlemlenmiş en iyi aşı çamurunun karışık çamur olduğu görülmüştür. Aynı zamanda pH 7'deki reaktörlerin pH 5'e göre daha iyi KOİ giderimine sahip olduğu gözlenmiştir. İlk deney düzeneğinde gerçekleştirilen optimizasyon çalışmasında pH 7'de karışık çamurla işletilen reaktör grubunun KOİ giderim verimi 67 %'dir ve KOİ 8416 mg/L'ye inmiştir. İkinci deney düzeneğinde pH 7'de işletilen ve karışık çamurun aşı olarak eklendiği reaktörlerde, hacimsel yükleme oranı 1 ile başlayan reaktörlerin hacimsel yüklemeleri sırasıyla 2, 4 ve 6'ya yükseltilmiştir ve en yüksek KOİ giderimi (72 %) hacimsel yükleme oranı 4 iken gerçekleşmiştir ve KOİ 7288 mg/L'ye inmiştir. Bu süre sonunda KOİ/SO42- oranı 0,27'dir. Üçüncü deney setinde hacimsel yükleme oranının 4 olduğu dönemde KOİ giderimi açısından 0,70 g FeCl3 içeren reaktör grubu % 73 ile en yüksek giderim oranına sahiptir ve KOİ 7009 mg/L'ye inmiştir. KOİ/SO42- oranı yine FeCl3 dozu 0,7 g/gün olan reaktörler için 0,33'tür. Dördüncü deney düzeneğinde reaktörlerin hacimsel yükleme oranları 1, 2, 4 ve 5 olmak üzere artırılmıştır. Hacimsel yükleme oranının 4 olduğu periyotta 0,70 g FeCl3 dozlanan reaktör grubu KOİ giderimi açısından en verimlisi olmuştur. Bu reaktör grubu için KOİ ve SO42- giderim verimleri % 74 ve % 73'tür. Hacimsel yüklemenin 4 olduğu üçüncü periyodun sonunda 0,70 g/gün FeCl3 dozlanan reaktör için KOİ 6774 mg/L ve KOİ/SO42- oranı 0,36'dır. Beşinci deneyde aşı çamuru olarak, çalışma 2'de günlük olarak çekilen ve soğuk odada saklanan çamur kullanılmıştır. 0,70 g/gün FeCl3 dozlu reaktörün verimi, hem hacimsel yükleme 2 periyodunda hem de hacimsel yükleme 4 periyodunda diğer reaktörlerden daha yüksek olmuştur. Aynı ilk hacimsel yükleme (hacimsel yükleme: 2) ve aynı FeCl3 dozajlarına sahip olmalarına rağmen, Çalışma 3'teki reaktörlerden daha az verim elde edilmiştir (70 %) ve KOİ 7716 mg/L'ye inmiştir. Bu tez kapsamında soapstock atıksuyunun karbon gideriminin anaerobik arıtılabilirliğinin performansı incelenerek pH 7'de, aşı çamuru olarak karışık çamur kullanılan ve yarı kesikli sürekli sistem olarak tasarlanan reaktörlerde mezofilik koşullarda (37°C), hacimsel yükleme oranı 4 iken 0,70 g/L/gün FeCl3 dozlanarak KOİ 6774 mg/L'ye indirilmiştir. % 74 karbon giderimi sağlanmıştır ve KOİ/SO42- oranı 0,36'dır. Özellikle Türkiye'de bu atıksuya ait deşarj kriterlerinde 200 mg/L KOİ standardı dikkate alındığında % 74 karbon giderimi ile anaerobik arıtmanın, soapstock atıksuyunun ön arıtımında iyi bir seçenek olduğu ve deşarj kriterlerini sağlaması için ek adımlara ihtiyaç olduğu görülmektedir.

Özet (Çeviri)

In the developing world, the needs of the people are also increasing due to the rapidly increasing population. Nutrition comes at the beginning of these needs. In order to meet the increasing nutritional need on a global scale, edible oil production continues every day. Edible oil can generally be made of vegetable origin or animal origin. However, a very large part of the oil produced worldwide consists of vegetable oils produced from oilseeds. Many different kinds of oilseeds are grown in many different countries around the world. In order to obtain vegetable oils from oil seeds, an extraction process must be carried out. And, undesirable substances in the raw vegetable oil as a result of the extraction process must be removed by a couple of processes. Substances in raw vegetable oil that must be removed are generally free fatty acids, vitamins, antioxidants, alcohol, waxy substances, etc. Refining is carried out in order to remove such unwanted substances from the raw oil. In the neutralization step of the refining process, an alkaline environment is created by caustic and thus soapy waxy substances are formed. In this way, the free fatty acids in the raw oil are removed and converted into this soapy by-product called soapstock. Soapstock contains oil due to its structure and for this reason, it is a valuable by-product. The soapstock splitting method with sulfuric acid is applied for the production of acid oil. In this process, sulfuric acid and soapstock are brought together in a high-temperature boiler and the acid oil is recovered as the upper phase. Also, the remaining phase is wastewater. In this thesis, the performance of anaerobic treatment of carbon removal from soapstock splitting wastewater was investigated. For this purpose, a wastewater sample was obtained from the soapstock recycling facility of an edible oil production factory in the Marmara Region of Turkey. Detailed characterization of wastewater was carried out. Sludge from an anaerobic digester of a yeast production industry, digestate, and fresh manure was used as inoculum. Anaerobic reactors were designed as a semi-batch continuous system and operated in a constant temperature room under mesophilic conditions (37°C). The reactors were generally operated to examine the effect of different pH values and different inoculum, different volumetric loading rates, FeCl3 dosages. In the first part of the experimental study, different pH and inoculums were setup to observe best COD removal efficiencies. In the second experimental set, the reactors were operated at the pH where good efficiency was observed in the first experimental setup, and with the inoculum which was also observed with good efficiency. In this set of experiments, the effect of VLR on COD removal efficiency was investigated. Also, the effect of mixing on the removal efficiency was tested. In the third experimental setup, the amount of FeCl3 added in order to prevent the inhibition caused by the H2S gas formed in the anaerobic environment due to the high sulfate content of the soapstock wastewater was investigated simultaneously with the increasing in VLR. In order to investigate the effect of high daily FeCl3 amount on the efficiency of anaerobic reactors, a fourth experimental reactor was set. In this part, the experiment was carried out by adding three different FeCl3 dosages to different reactors. TS, VS, SS, VSS, sCOD, tCOD, pH, Conductivity, Color, TP, TKN, Ammonia, and Acidity parameters were determined according to standard methods. Sulphate and ion concentrations were measured using an IC device (Dionex, ICS-3000, USA). pH was measured using Thermo-Orion 720 A+ model pH meter and conductivity was measured using a Hach-sensION5 model device. The total COD value of the raw wastewater is approximately 28100 mg/L, and the soluble COD value is 25500 mg/L on average. TS in wastewater is 76500 mg/L on average, of which approximately 45500 mg/L is volatile. In addition, SS in the wastewater is approximately 500 mg/L and VSS is 385 mg/L. Wastewater has a pH of 0.2 and conductivity of 103 mS/cm. The color parameter of the wastewater sample is 3495 PtCo. Wastewater's TP and TKN are 41 mg/L and 2000 mg/L, respectively. In addition, ammonia is 300 mg/L. There is a total acidity of 39150 mg CaCO3/L in wastewater and 26200 mgCaCO3/L of this is mineral acidity. SO42- concentration of the wastewater is 68000 mg/L. The pH values of the different inoculum sludges are 8.58 for the sample from the anaerobic digester of the yeast production industry, 8.30 for the digestate, and 8.25 for the fresh manure, respectively. The TS ratio of the inoculum from the anaerobic digester of the yeast production industry is 10 % and the VS ratio is 0.3 %. Digestate has a TS rate of 13 % and a VS rate of 7 %. On the other hand, the TS ratio of fresh manure is 11 % and the VS ratio is 9 %. Mixed sludge was found to be the best inoculum observed for COD removal in anaerobic reactors. It was also observed that reactors at pH 7 had better COD removal than pH 5. In the optimization study carried out in the first experimental setup, the COD removal efficiency of the reactor group operated with mixed sludge at pH 7 was 67 % and the COD reduced to 8416 mg/L. In the second experimental setup, in the reactors operated at pH 7 and in which mixed sludge was added as inoculum, the highest COD removal (72 %) was realized when the volumetric loading ratio was 4. And, COD reduced to 7288 mg/L. At the end of this period, the COD/SO42- ratio was 0.27. In the third experimental set, when the volumetric loading ratio was 4, the reactor group containing 0.70 g FeCl3 had the highest removal rate with 73 % in terms of COD removal, and the COD reduced to 7009 mg/L. The COD/SO42- ratio was 0.33 for reactors with a FeCl3 dose of 0.7 g/day. In the fourth experimental setup, when the volumetric loading ratio was 4, the reactor group dosed with 0.70 g FeCl3 was the most efficient in terms of COD removal. The COD and SO42- removal efficiencies for this reactor group are 74 % and 73 %, respectively. The COD was 6774 mg/L, and the COD/SO42- ratio was 0.36. The efficiency of the reactor with 0.70 g/day FeCl3 dose was higher than the other reactors in both the periods of volumetric loading rate 2 and 4. Despite having the same initial volumetric loading (volume loading: 2) and the same FeCl3 dosages, lower yield (70 %) were obtained from the reactors in experimental setup 3 and the COD was reduced to 7716 mg/L. To sum up, the COD was reduced to 6774 mg/L in semi-batch continuous reactors using mixed sludge as inoculum by dosing 0.70 g/L/day FeCl3 while VLR was 4 at pH 7, under mesophilic conditions (37°C). 74 % carbon removal at COD/SO42- ratio of 0.36 was a significant achievement under these operating conditions. Considering the 200 mg/L of COD discharge to the receiving water bodies of this wastewater, there is a need of additional steps to satisfied these limits.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    251262

    Evsel atıksıların doğal ortam sıcaklıklarında havasız çamur yataklı reaktörde arıtımı ve ilave kimyasal arıtma uygulamaları

    Anaerobic treatment of domestic wastewaters in upflow anaerobic sludge bed (UASB) reactor at a temperate conditions and chemical post-treatment applications

    ELİS GÜNEŞ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2008

    Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ÇİĞDEM YANGIN GÖMEÇ

  2. Tez No

    251402

    Beyaz peynir ve yoğurt üretimi atıksularının yukarı akışlı ardışık anaerobik çamur yatağı reaktörlerle arıtımı

    Anaerobic treatment of cheese and yoghurt production wastewaters with upfolw anaerobic sludge blanket reactors

    EMİNE TINKIR

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2010

    Çevre MühendisliğiSelçuk Üniversitesi

    Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. DİLEK ERDİRENÇELEBİ

  3. Tez No

    251829

    Evsel atık suların mezofilik altı sıcaklıklarda laboratuvar ve pilot ölçekli reaktörlerde havasız arıtımı

    Anaerobic treatment of domestic wastewater in laboratory and pilot scale reactors at sub-mesophilic temperatures

    BANU HORASAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2009

    Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ÇİĞDEM YANGIN GÖMEÇ

  4. Tez No

    176914

    Anaerobic treatment of dilute wastewaters

    Seyreltik atık suların anaerobik arıtımı

    EMEL ENER ALPTEKİN

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2008

    Bilim ve TeknolojiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. GÖKSEL NİYAZİ DEMİRER

  5. Tez No

    238863

    Treatment of high-solids synthetic domestic wastewater stream with high-rate anaerobic digesters

    Yoğun partiküllü sentetik evsel atık su akımının yüksek hızlı anaerobik reaktörlerle arıtımı

    ZEYNEP AYDINKAYA

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2009

    BiyoteknolojiBoğaziçi Üniversitesi

    Çevre Teknolojileri Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ORHAN YENİGÜN

Geri Dön