Akademik Atık Yönetimi Çevre Mühendisliği Gıda, Tarım & Hayvancılık Sürdürülebilirlik

Tavuk Atıklarının Havasız Arıtımı ve Tavuk Atıklarından Biyogaz Geri Kazanımı

 

WUS1CAV6VETüm dünyada olduğu gibi ülkemizde de modern ve büyük kapasiteli tavuk çiftlikleri son yıllarda hızla yaygınlaşmıştır. Türkiye’de önemli bir sektör haline gelen tavukçuluk; artan talep doğrultusunda, yumurta ve et tavukçuluğu olarak iki farklı kolda gelişmiştir. Türkiye, 2015 yılında tavuk eti üretiminde yaklaşık 2 milyon ton ile Avrupa Birliği (AB) ülkelerinin önünde yer almıştır (TÜİK, 2016). Sırasıyla Polonya, İngiltere, İspanya ve Fransa’nın takip ettiği ülkemizdeki tavuk eti üretimi, AB ülkelerindeki toplam üretimin %18’ine karşılık gelmektedir. Bunun yanında, Türkiye’de 2015 yılında tavuk yumurtası üretimi de 16.7 milyar adet olarak gerçekleşmiştir. Birleşmiş Milletler Gıda ve Tarım Örgütü’nün 2013 yılı verilerine göre tavuk yumurtası üretiminde Çin 496 milyar adet ile dünyada ilk sırada; Türkiye ise yaklaşık 17 milyar adet ile 10. sırada yer almıştır (TÜİK, 2016).

Ancak, ülkemizde kümes hayvancılığı sektöründe yaşanan bu gelişme, bu çiftliklerden kaynaklanan yüksek miktarlardaki atıkların ne şekilde bertaraf edilecekleri sorusunu da beraberinde getirmiştir. Her yıl milyonlarca ton tavuk gübresinin ortaya çıktığı ülkemizde; tavuk çiftliklerinden kaynaklanan atıkların gerek çevreye gerekse insan sağlığına uygun bir şekilde arıtılarak sürdürülebilir bir şekilde bertaraf edilmesi gün geçtikçe daha çok önem arz etmektedir. Hayvan dışkısı, altlık malzemeleri, ölü kuşlar, yumurta kabukları, kırılmış yumurtalar, tüyler ve çeşitli kesimhane artıklarını içeren tavuk gübresi; besi maddeleri (nutrient) bakımından zengin ve tarımsal gübre değeri oldukça yüksek atıklardır. Ancak, bu atıkların açıkta bekletilmesi; patojenlerin salınımına sebep olmakta ve bu atıklara temas eden hayvanlara bulaşarak aynı zamanda hastalığa sebebiyet veren mikropların da kolayca yayılmasına neden olabilmektedir. Bunun dışında, bekleyen atık bozunmaya uğrayarak; yüzeysel sularda ötrofikasyona ve metan gibi çeşitli gazların salınımıyla birlikte sera etkisine de sebep olabilmektedir. Ayrıca, tavuk gübresinden farmasotik kalıntılar ve antibiyotiğe dayanıklı bakteriler de yayılabilmekte ve bu atıkların fazla miktarda toprağa uygulanması ile çevresel riskler daha da artabilmektedir. Bu sebeple, çevre açısından oldukça olumsuz etkileri bulunan tavuk atıkları; sürdürülebilir bir yaklaşımla arıtılarak daha temiz ve uygulanabilir yöntemler ile bertaraf edilmelidir.


biogas-989479_960_720

Tavuk atıkları gibi yüksek kirlilik yüküne sahip hayvan atıklarının bertarafında tercih edilen uygun alternatiflerden biri şüphesiz anaerobik (havasız) arıtmadır. Organik atıkların, farklı yakıt şekillerine çevrilerek enerji temin edildiği Atık-tan-Enerjiye (Waste-To-Energy) teknolojileri arasında yer alan havasız arıtmada mikrobiyal aktivite önemli rol oynamaktadır. Bu proseste, organik maddeler havasız ortamda biyolojik olarak ayrıştırılır ve işlem sonunda dengeli (stabil) son ürünler ile biyogaz elde edilir. Anaerobik prosesler yardımıyla, atık yönetimi sağlanabildiği gibi; yüksek miktarda üretilen biyogaz sayesinde faydalı ve kullanılabilir enerji üretiminin olması, bu sistemleri diğer arıtma proseslerine göre cazip kılmaktadır. Çünkü havasız arıtma sırasında üretilen biyogaz, yenilenebilir enerji açısından gelecek vadeden çok önemli bir kaynaktır. Biyogaz, doğrudan elektrik enerjisine çevrilebilir ve yakılarak yüksek sıcaklıkta ısı açığa çıkar. Bu sebeple biyogaz, ısı ve elektrik enerjisinin birlikte üretimi için bir kojenerasyon (CHP) ünitesinde yakılmaktadır. CHP’ler biyogaz tesislerinde çok yaygındır. Biyogazdan elde edilen bu enerjinin, yerleşim yerlerinde bulunan doğal gaz şebekelerine beslenmesi veya benzin istasyonlarında araç yakıtı olarak satılması ile önemli oranda enerji tasarrufu sağlanabilmektedir.

Faklı organik atıkların biyogaz potansiyelleri için 1 kg kuru katı madde başına 0.20-1.11 m3, toplam biyogazın metan içeriği olarak da %57-69 aralıkları rapor edilmektedir. Literatür çalışmalarında, kanatlı hayvan gübresi için 0.140-0.290 m3/kg UKMbeslenen aralığında metan verimleri rapor edilmektedir (Harikishan, 2008; Farrow, 2016). Literatür verilerine benzer olarak; Jaxybayeva ve arkadaşları (2016) tarafından, yaklaşık iki aylık çürütme süresi boyunca kesikli havasız sistemlerde gerçekleştirilen bir çalışmada ise biyogaz verimi yaklaşık 0.250 m3/kg UKMbeslenen olarak gözlenmiştir.

Ancak, tavuk gübresinin yüksek miktarda protein/amino asit içeriği sebebiyle; bu atıklarda organik azot konsantrasyonları da oldukça yüksektir. Yapılan çalışmalarda, C/N oranının havasız sistemler üzerinde etkili olduğu ve metanojenik toplulukların büyüme hızlarının; düşük C/N değerlerinde önemli oranda azaldığı belirtilmektedir. Havasız sistemlerde yüksek performanslar için optimum C/N oranının 20-30 aralığında olması gerektiği rapor edilmektedir. Bu aralığın altında işletilen sistemlerde, amonyak birikiminin gözlendiği ve bunun da özellikle metanojen mikroorganizmalar üzerinde zehirli olduğu bilinmektedir. Kanatlı hayvan atıkları için bu oran 5-10 aralığına kadar düşmekte ve anaerobik arıtım sırasında içsel amonyak azotu artmaktadır. Amonyum iyonlarının bir bölümü, bazı anaerobik mikrooganizmalarca kullanılabilirken; kalan fazla amonyum organik bileşiklerin parçalanmasını, uçucu yağ asiti ve metan üretimlerini engelleyerek inhibisyona sebep olmaktadır. Bu durum, tavuk atıklarının tek başına havasız arıtımında önemli işletme problemlerine neden olur. Sonuç olarak, tavuk gübresinin havasız arıtımında amonyaktan kaynaklanabilecek zehirlilik (toksisite) ciddi bir problemdir (Yenigun ve Demirel, 2013). Bu sebeple, tavuk atıklarının tek başlarına çürütülmeleri yerine farklı atık kaynakları (büyükbaş hayvan atıkları, saman vb.) ile birlikte çürütülmeleri önerilmektedir. Gomec ve Ozturk (2013) tarafından gerçekleştirilen bir çalışmada, tavuk atıklarının; büyükbaş hayvan atığı ile birlikte çürütülmesi araştırılmıştır. Çalışma sonuçları, 7000 sığır ile 1 milyon tavuk kapasiteli bir çiftlikte günde yaklaşık 270 m3 ıslak atık ile yaklaşık 28 ton uçucu katı madde (UKM) miktarının ortaya çıktığını göstermiştir. Ayrıca, bu çiftlikte ortaya çıkan atıkların bir biyogaz sistemiyle çürütülmesi sonucunda, günlük metan üretiminin yaklaşık 5800 m3; bunun toplam (elektrik+ısı) enerji eşdeğerinin ise yaklaşık 1875 kW olduğu hesaplanmıştır. Böylece, bu tarz tesislerde elde edilen biyogazın bir yılda yüzlerce MW’lık enerji tesisine karşılık geldiği ortaya çıkmaktadır.

biogas-462508_960_720
sewerage-780582_960_720
biogas-989479_960_720

Sonuç olarak, son yıllarda yüksek üretim kapasitesine sahip tavukçuluk sektörünün gelişimiyle birlikte, bu sektörden kaynaklanan atıkların bertarafı önemli bir problem haline gelmeye başlamıştır. Bu sektörün gelişiminden önce, büyük ölçüde tarımsal amaçlı gübre olarak kullanılan tavuk atıkları; artan atık miktarı ve kirlilik potansiyeli sebebiyle farklı ve uygulanabilir (fizıbıl) bertaraf yöntemlerinin geliştirilmesine ihtiyaç doğurmuştur. Kümes hayvan atıkları, özellikle ülkemizde bu alanda yeterli düzenleme olmadığından dolayı, kontrolsüz bir şekilde tarlalarda gübre olarak; ya da sadece kesimhane atıklarına ait yan ürünlerin değerlendirildiği (rendering) ünitelerde yem malzemesi olarak kullanılmaktadır. Bu sebeple, tavuk çiftliklerinden kaynaklanan yüksek oranda kirlilik yüküne sahip bu atıkların, sürdürülebilir bir yaklaşımla, gerek çevreye gerekse insan sağlığına uygun bir şekilde arıtılarak bertarafı en önemli atık yönetimi yaklaşımlarından biri olup; ülkemiz açısından zorunlu bir hale gelmiştir. Havasız sistemler ile gerçekleştirilen çalışma sonuçları, Türkiye’de her yıl tonlarca miktarda ortaya çıkan tavuk atığının; doğru bir şekilde arıtılarak yönetildiği takdirde, enerji ihtiyacını büyük ölçüde yurtdışından sağlayan ülkemiz açısından önemli miktarda yenilenebilir bir enerji kaynağı olduğunu ortaya koymaktadır.

Doç. Dr. Çiğdem Yangın Gömeç

İTÜ Çevre Mühendisliği Bölümü

Yararlanılan Kaynaklar:

  • Demirbas, M.F., Balat, M. and Balat, H. “Biowastes-to-biofuels”, Energy Conversion and Management, 52, 2011, 1815–1828.
  • Dereli R. K., Yangin-Gomec C., Ozabali A., Ozturk I. “The Feasibility of a Centralized Biogas Plant Treating the Manure Produced by an Organised Animal Farmers Union in Turkey”, Water Science and Technology, 66, No. 3, 2012, 556-563.
  • Farrow, C. “Anaerobic digestion of poultry manure: Implementation of ammonia control to optimize biogas yield”, Doktora Tezi, Guelph Üniversitesi, Ontario, Canada, 2016.
  • Harikishan, S. “Pretreatment of high-solids wastes/residues to enhance bioenergy recovery”. In: Khanal SK., editor. Anaerobic biotechnology for bioenergy production: Principles and applications. New York: John Wiley & Sons; 2008. p. 247-65.
  • Jaxybayeva, A., İnce, O., Sapmaz, T., Kandemir, N. Ve Yangın-Gömeç, Ç. “Seyreltik Tavuk Atıklarının Havasız Arıtımında Biyogaz Potansiyeli”, 09/2016, 2. Ulusal Biyoyakıtlar Sempozyumu, Samsun, 27.09.2016 – 30.09.2016 (bildiriler cd).
  • Kelleher, B.P., Leahy, J.J., Henihan, A.M., O’Dwyer, T.F., Sutton, D. and Leahy, M.J. “Advances in poultry litter disposal technology – a Review”, Bioresource Technology, 83, 2002, 27–36.
  • Sapmaz, T., Arslan-Alaton, İ., Ölmez-Hancı, T. ve Yangın-Gömeç, Ç. “Antibiyotik İçeren Tavuk Atıklarının Havasız Arıtımında Yenilenebilir Enerji Potansiyeli”, 10/2016, s. 172-181, 10. Uluslararası Temiz Enerji Sempozyumu (UTES), İstanbul/Türkiye, 24.10.2016-26.10.2016, http://www.utes.itu.edu.tr/, (bildiriler cd).
  • TÜİK. Kümes Hayvancılığı Üretimi, 2016. http://www.tuik.gov.tr/basinOdasi/haberler/2016_40_20160330.pdf, (Son erişim 12 Ağustos 2016).
  • Yangin-Gomec C., Ozturk I., “Effect of maize silage addition on biomethane recovery from mesophilic co-digestion of chicken and cattle manure to supress ammonia inhibition”, Energy Conversion and Management, 71, 04, 2013, 92-100.
  • Yenigün, O., Demirel, B. “Ammonia inhibition in anaerobic digestion: a review”, Process Biochem., 48, 5, 2013, 901–911.

Yazar hakkında

Doç. Dr. Çiğdem Yangın Gömeç

19 Ekim 1973 tarihinde Bilecik’te doğdu. Orta ve Lise öğrenimini Antalya Koleji’nde tamamladı. 1995 yılında İ.T.Ü. Çevre Mühendisliği Bölümü’nden Çevre Mühendisi olarak mezun oldu. Yüksek Lisans derecesini Boğaziçi Üniversitesi Çevre Bilimleri Enstitüsü’nden aldı. 1999-2005 yılları arasında İ.T.Ü. Çevre Mühendisliği Bölümü’nde Doktora Programını tamamladı. Doktorası sırasında Vanderbilt Üniversitesi’nde Prof. R. E. Speece ile evsel atıksu çamurlarının havasız arıtımı konusunda çalıştı. Doktora tez çalışmasının bir bölümünü ise Almanya/Münih Teknik Üniversitesi (TUM) Su Kalitesi Kontrolü ve Atık Yönetimi Enstitüsü'nde gerçekleştirdi ve Prof. P. A. Wilderer ile havasız türlerin FISH tekniği kullanılarak tanımlanması konusunda çalışmalar yürüttü. 1996-1999 yılları arasında Boğaziçi Üniversitesi Çevre Bilimleri Enstitüsü’nde, 1999-2005 yılları arasında ise İTÜ Çevre Mühendisliği Bölümü’nde Araştırma Görevlisi olarak görev yaptı. 2005-2006 yılları arasında İTÜ Çevre Mühendisliği Bölümü’nde Dr. Araştırma Görevlisi olarak görev yaptıktan sonra 2006 yılında Yardımcı Doçent kadrosuna atandı. 2008 yılından itibaren Doçent olarak görev yapmaktadır. Evli ve iki çocuk annesidir.
Araştırma Alanları
1. Evsel ve Endüstriyel Atıksuların Arıtılması
2. Anaerobik Biyoteknoloji
3. Arıtma Çamurlarının Arıtımı ve Yönetimi
4. Atıklardan Biyogaz Geri Kazanımı