Uludağ Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi, Cilt 21, Sayı 2, 2016 ARAŞTIRMA DOI:10.17482/uumfd.278146 GIDA ENDÜSTRİSİ PROSES ATIKLARININ KOMPOSTLANMASINDA FARKLI KATKI MADDELERİ VE AŞI KULLANIMI Selnur UÇAROĞLU* Behice Gamze GÜMRAH* Alınma: 25.07.2016; düzeltme: 24.08.2016; kabul: 05.10.2016 Öz: Bu çalıĢmada; gıda endüstrisi proses atıklarının geri kazanımı ve bertarafı için farklı katkı maddeleri kullanılarak kompostlanabilirliği ve aĢı olarak kullanılan arıtma çamurlarının kompostlamaya etkisinin belirlenmesi amaçlanmıĢtır. Proses atıklarına düzenleyici ve hacim arttırıcı katkı maddesi olarak ayçiçeği sapı ve mısır koçanı karıĢtırılmıĢtır. Gıda endüstrisi proses atıklarının kompostlanabilirliğini araĢtırmak amacıyla dört farklı kompost karıĢımı hazırlanmıĢtır. Birinci karıĢıma (M1) 3:2 oranında proses atığı ve ayçiçeği sapı, ikinci karıĢıma (M2) 3:1:2 oranında proses atığı, arıtma çamuru ve ayçiçeği sapı, üçüncü karıĢıma (M3) 3:1:2 oranında proses atığı, arıtma çamuru ve mısır koçanı, dördüncü karıĢıma (M4) ise 3:1:3 oranında proses atığı, arıtma çamuru ve mısır koçanı karıĢtırılmıĢtır. M1 karıĢımı, aĢı ilave edilmeden kontrol karıĢımı olarak hazırlanmıĢtır. 28 günlük kompost denemeleri boyunca sıcaklık, kuru madde içeriği, organik madde kayıpları, C/N oranı, pH ve elektriksel iletkenlik parametreleri izlenmiĢtir. Proseste oluĢan en yüksek OM kaybı ve en yüksek sıcaklık M3 reaktöründe gözlenmiĢtir. Elde edilen sonuçlara göre proses atığının kompostlanmasında arıtma çamurunun aĢı ve mısır koçanının ise katkı maddesi olarak 3:1:2 oranında kullanılmasıyla verimli bir kompostlama süreci gerçekleĢtiği tespit edilmiĢtir. Anahtar Kelimeler: Arıtma çamuru, AĢı, Gıda endüstrisi proses atığı, Katkı maddesi, Kompostlama Use of Different Bulking Agents and Inoculation Agent in Composting of Food Industry Process Wastes Abstract: The aim of this study was to investigate the compostability of food industry process wastes with different bulking agents for disposal and recovery, and to determine the effect of treatment sludge which was used as inoculation agent. Sunflower stalk and corn cob were mixed to process wastes as bulking agents. Four different compost mixtures were prepared to investigate composting of process wastes. Process wastes and sunflower stalk to first mixture (M1) at ratio of 3:2; process wastes, treatment sludge and sunflower stalk to second mixture (M2) at ratio of 3:1:2; process wastes, treatment sludge and corn cob to third mixture (M3) at ratio of 3:1:2; process wastes, treatment sludge and corn cob to fourth mixture (M4) at ratio of 3:1:3 were added. M1 mixture was prepared without inoculation agent as control mixture. Temperature, dry matter content, organic matter loss, C/N ratio, pH and electrical conductivity parameters were monitored during the composting process for 28 days. The highest organic matter losses and the highest temperature formed in the process were monitored in M3 reactor. According to the results, for the efficiently composting process; process wastes with treatment sludge as inoculation agent and corn cob as bulking agent at ratio of 3:1:2 were determined. Keywords: Treatment sludge, Inoculation Agent, Food industry process waste, Bulking agent, Composting * Uludağ Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Mühendisliği Bölümü, 16059, Nilüfer/ BURSA ĠletiĢim Yazarı: Selnur UÇAROĞLU (selnur@uludag.edu.tr) 403 Uçaroğlu S.,Gümrah B.G.: Gıda Endüstrisi Pro. Atıklarının Komp. Farklı Katkı Maddeleri ve Aşı Kullanımı 1. GİRİŞ Gıda atıkları dünyada birçok ülkede büyük miktarlarda oluĢtuğundan dolayı problem yaratan biyobozunur katı atıklardır. Yüksek oranda uçucu organik madde ve nem içeriği nedeniyle, düzensiz depolama, bertaraf, toplama ve taĢıma sırasında koku ve sızıntı suyu gibi ciddi çevresel problemlere neden olabilirler (Li ve diğ., 2013). Gıda fabrikalarında, proses sonucunda yan ürün olarak çok fazla miktarda gıda atıkları oluĢmakta ve bunların bir çoğu anında imha edilmekte ya da daha düĢük teknolojiler kullanılarak ekonomik değeri az olan ürünlere (hayvan yemi, gübre, vb.) dönüĢtürülmektedir. Gıda iĢleme sırasında ortaya çıkan atıkların etkili bir Ģekilde değerlendirilmesi, yalnız çevre kirliliğinin önlenmesi amacıyla değil, katma değer yaratılması ve ürünlerin çeĢitlendirilmesi amacıyla da önemlidir (Yağcı ve diğ., 2006). Günümüzde, geliĢmekte olan ülkelerdeki nüfusun %15’i açlıkla beraber aĢırı gıda tüketimi, gıdadan kaynaklanan hastalıklar ve gıda atıklarının aĢırı üretimi ile uğraĢmaktadır. Besin zincirinin kaçınılmaz bir parçası olan ve kullanıldıktan sonra atık haline dönüĢen gıda ürünleri dünya genelinde bir endiĢe konusudur (Mirabella ve diğ., 2014). Bu nedenle atıkların toplanması ve bertarafı insan sağlığı, çevre kirliliği ve ülke ekonomisi açısından önem arz etmektedir. Bu atıkların bertarafı ve geri kazanımı içim kompostlama etkili bir yöntemdir. Günümüzde tarımsal alanları çevresel açıdan güvenli Ģekilde korumak amacıyla sürdürülebilir bir strateji olarak kompostlama iĢlemi kullanılmaktadır. Bu yöntem, karbon emisyonlarını azaltmak ve arazide kullanımını geliĢtirmek amacıyla uygun bulunmaktadır. Bu sayede farklı organik atıklar tarımda kullanılmak üzere ve uygun koĢullar sağlanarak geri dönüĢtürülebilir (Wang ve diğ., 2015). Kompostlama biyolojik parçalanabilir organik atıklardan organik gübre elde etmek için kullanılan çevre dostu bir yöntemdir (Choy ve diğ., 2015). Zengin organik içeriğe sahip gıda atıklarının kompostlaması konusunda birçok araĢtırmacı çalıĢma yapmıĢtır (Al-jabi ve diğ., 2008; Chang ve Chen, 2010; Cheung ve diğ., 2010). Kompostlama süresini kısaltmak ve ürün kalitesini arttırmak amacıyla kompostlama iĢleminde gıda atıkları ile birlikte çeĢitli katkı maddeleri kullanılır. Kullanılan katkı maddeleri hacim arttırıcı özellikte olup yüksek karbon içeriğine sahip olduklarından kompost için uygun C/N oranını da sağlar (Choy ve diğ., 2015). Bununla birlikte gıda atıklarının karakteristik özellikleri olan yüksek nem içeriği, asitlik, yüksek yağ ve tuzluluk oranı parçalanma sürecini geciktirebilir (Chan ve diğ., 2016). Katkı maddeleri ile beraber aĢı ilavesi yapılarak da verim arttırılır ve kompostlama zamanı kısaltılabilir. Kompost karıĢımına ilave edilen aĢı ortamdaki yararlı mikroorganizma miktarını arttırır. Bu sayede biyolojik parçalanma iĢlemi hızlanır ve kompostlama zamanı kısaltılmıĢ olur (Cao ve diğ.,2013). Biyolojik ayrıĢma prosesi olan kompostlama için mikrobiyal aktiviteyi etkileyen kontrol parametreleri ve organik madde parçalanması önemli faktörlerdir. Mikrobiyal aktivite ve organik madde stabilizasyonu için uygun değerlerde tutulması gereken bu parametreler sıcaklık, pH, C/N oranı ve nem içeriğidir (Nikaeen ve diğ., 2015). Bu çalıĢmada gıda endüstrisi proses atıkları (PA), katkı maddesi olarak ayçiçeği sapı (AS) ve mısır koçanı (MK), aĢı olarak gıda endüstrisine ait arıtma çamuru (AÇ) ilavesi yapılarak kompostlama iĢlemine tabi tutulmuĢtur. Dört ayrı kompost reaktörü hazırlanan çalıĢmada, kimyasal ve fiziksel parametrelerin değiĢimi incelenerek kompostlama prosesine aĢı ve farklı katkı maddelerinin etkisini belirlemek amaçlanmıĢtır. 2. MATERYAL VE YÖNTEM 2.1. Ham Malzemeler ve Deney Düzeneği Gıda endüstrisi proses atığı, iki farklı katkı maddesi ile birlikte dört ayrı aerobik reaktörde kompostlanmıĢtır. ÇalıĢmada kompostlama prosesinin ana materyali olan PA, Bursa Ġl’inde faaliyet gösteren bir gıda iĢletmesinden alınmıĢtır. Gıda atıkları içeriğinde biber, domates, patlıcan, taze fasulye ve bamya bulunan, hasarlı ve bozulmuĢ olarak ayrılan atıklardır. AĢı maddesi olarak kullanılan AÇ, PA’nın temin edildiği gıda iĢleme fabrikasının atıksu arıtma 404 Uludağ Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi, Cilt 21, Sayı 2, 2016 tesisinden alınmıĢtır. Kompost karıĢımının uygun nem ve C/N değerinin sağlanabilmesi için düzenleyici katkı maddesi olarak AS ve MK kullanılmıĢtır. Ayçiçeği sapı, Uludağ Üniversitesi Ziraat Fakültesi Çiftlikleri’nden temin edilmiĢtir. Mısır koçanı ise Bursa Ġl’inde bulunan mısır iĢleme tesisinden alınmıĢtır. Kullanılan AS ve MK, 0,5-1 cm boyutlarında öğütülmüĢtür. Havalı kompostlama iĢlemi kesikli reaktörde gerçekleĢtirilmiĢtir (ġekil 1). Reaktörlere hava, 8 çıkıĢlı 1 adet akvaryum pompası vasıtasıyla, rotametreden geçirilip debisi ayarlanarak verilmiĢtir. Havalandırma, zaman ayarlayıcıya bağlı selenoid vana kullanılmak suretiyle 1 saatte 15 dakika 600–700 ml/dk hava verecek Ģekilde yapılmıĢtır. Havanın karıĢımın içine homojen olarak dağılmasını sağlamak için, reaktör tabanından 5 cm yükseklikte ızgara yerleĢtirilmiĢtir. Reaktörlerdeki sıcaklık verileri, sıcaklık sensörü vasıtasıyla ölçülmüĢtür. Atık kütlesinin sıcaklığını korumak, çevreyle ısı alıĢveriĢini önlemek amacıyla reaktör yalıtım malzemesiyle kaplanmıĢtır. Reaktörler paslanmaz çelik malzemeden üretilmiĢ olup iç çap 300 mm, et kalınlığı 10 mm ve yüksekliği 450 mm’dir. Faydalı hacmi ise 30 L’dir. Şekil 1: Kompost Sisteminin Şematik Gösterimi 2.2. Yöntem Kompostlama iĢlemi, 4 ayrı reaktörde 28 gün süresince gerçekleĢtirilmiĢtir. M1 reaktörü PA ve katkı maddesi olarak AS, M2 reaktörü PA, aĢı olarak AÇ, katkı maddesi olarak AS, M3 ve M4 reaktörü farklı oranlarda PA, AÇ ve MK karıĢtırılarak hazırlanmıĢtır. Tablo 1’ de tüm reaktörlerin karıĢım reçeteleri verilmiĢtir. Tabloda belirtilen oranlarda M1 reaktörüne toplam 5 kg, M2 reaktörüne 5,5 kg, M3 reaktörüne 10 kg ve M4 reaktörüne toplam 8,4 kg kompost malzemesi homojen bir Ģekilde karıĢtırılarak doldurulmuĢtur. Tablo 1. Kompost Reaktörleri için Karışım Reçeteleri KarıĢımlar Proses Arıtma Ayçiçeği Mısır Atığı* Çamuru* Sapı* Koçanı* (PA) (AÇ) (AS) (MK) M1 3 - 2 - M2 3 1 2 - M3 3 1 - 2 M4 3 1 - 3 *Nemli ağırlık esas alınmıĢtır. 405 Uçaroğlu S.,Gümrah B.G.: Gıda Endüstrisi Pro. Atıklarının Komp. Farklı Katkı Maddeleri ve Aşı Kullanımı Kompost karıĢımlarının homojenliğini sağlamak ve havalandırmak için reaktörler gün aĢırı ve örnek alma günlerinde (0, 2, 7, 14, 21 ve 28. gün) manuel olarak karıĢtırılmıĢtır. Kompostlama prosesinde her dakikada 3 veri olacak Ģekilde sıcaklık ve hava değerleri SCADA programı ile 28 gün boyunca kaydedilmiĢtir. 2.3. Analiz Yöntemleri Reaktörlere konulan karıĢımlardan 0, 2, 7, 14, 21 ve 28. günlerde örnekler alınmıĢ ve deneysel çalıĢmalar yapılmıĢtır. Kompost karıĢımlarından alınan örneklerdeki katı madde (KM) miktarı 105°C’de kurutulan örneklerdeki ağırlık kaybı, uçucu madde miktarı da 550°C’de yanma kaybı dikkate alınarak hesaplanmıĢtır (APHA, AWWA, WEF, 1998). KM miktarı 100’den çıkartılarak nem miktarı hesaplanmıĢtır. Uçucu madde miktarı organik madde (OM) olarak kabul edilmiĢtir (Okalebo ve diğ., 1993; Diaz ve diğ. 2007; Khalil ve diğ., 2011). OM kayıpları, proses baĢlangıcı ve proses sonundaki OM içerikleri esas alınarak denklem (1) ile hesaplanmıĢtır (Haug, 1993); [( ) ] [ ( )] (1) Kompostlamada kullanılan ham malzemelerin ve kompost karıĢımlarının kolay okside olabilir organik karbon konsantrasyonları, örneklerin OM içerikleri baz alınarak 1,83 faktörü kullanılarak (%C = (100- %kül) / 1,83) hesaplanmıĢtır (Barrington ve diğ., 2002). Kompost karıĢımından alınan örneklerin pH ve elektriksel iletkenlik (EC) değerleri 1:10 saf su ekstraktında belirlenmiĢtir (Rhoades, 1982; Mc Lean, 1982). Amonyum ve nitrat azotu konsantrasyonunun belirlenmesi için örnekler 2M KCl ile ekstrakte edilmiĢ, esktraktlardaki konsantrasyonlar MgO ve devarda alaĢımı kullanılmak suretiyle su buharı destilasyonu ve titrasyon yoluyla ölçülmüĢtür (Keeney ve Nelson, 1982). Toplam azot içeriğinin belirlenmesi için Kjedahl yöntemiyle yakma yapılmıĢ ve toplam azot konsantrasyonu (TKN) su buharı destilasyonu ile belirlenmiĢtir (Bremner ve Mulvaney, 1982). 3. BULGULAR VE TARTIŞMA 3.1. Kompost Materyallerinin ve Başlangıç Kompost Karışımlarının Karakterizasyonu Aerobik kompost reaktörlerine yerleĢtirilen ham materyaller (PA, AÇ, AS, MK) ve kompost karıĢımlarının baĢlangıç özellikleri Tablo 2’de verilmiĢtir. Kompostlama iĢlemine tabi tutulacak olan PA, yüksek nem içeriğine (% 93,2) ve düĢük C/N oranına (14,8) sahiptir. Bu değerler verimli bir kompost prosesi yürütmek için uygun değildir (Uçaroğlu, 2014). Bu nedenle bu hammaddeden kompost elde edilebilmesi için nem ve C/N oranını düzenleyen katkı maddesi ile karıĢtırılması gerekli olmuĢtur. DüĢük nem ve yüksek karbon içeren katkı malzemeleri (AS ve MK) ile hazırlanan kompost karıĢımlarının (M1, M2, M3 ve M4) baĢlangıçtaki nem ve C/N değerleri literatürde belirtilen uygun değerlere getirilmiĢtir (Nikaeen ve diğ., 2015). Arıtma çamuru ise kompost karıĢımı içerisindeki parçalanmayı gerçekleĢtirecek olan mikroorganizmaları arttırmak amacıyla aĢı maddesi olarak karıĢtırılmıĢtır. Aynı zamanda AÇ, yüksek azot içeriğinden (%5,73) dolayı karıĢımların C/N oranlarını da ayarlamada rol oynamıĢtır. Hazırlanan kompost karıĢımlarının organik madde içerikleri (yaklaĢık %90) oldukça yüksektir. Reaktörlerdeki baĢlangıç nem seviyesi %57,2 ile %71,4 arasındadır. Tablo 2. Ham Materyal ve Kompost Karışımlarının Başlangıç Özellikleri 406 Uludağ Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi, Cilt 21, Sayı 2, 2016 Gıda Arıtma Ayçiçeği Mısır M1 M2 M3 M4 Parametre Endüstrisi Çamuru Sapı Koçanı Kompost Kompost Kompost Kompost Proses (AÇ) (AS) (MK) Karışımı Karışımı Karışımı Karışımı Atığı (PA) pH (1:10, saf su 6,68±0,13 6,90±0,01 6,70±0,01 5,16±0,00 6,54±0,11 6,85±0,14 5,96±0,03 6,11±0,05 ekstraktı) EC, mS/cm (1:10, saf 4,02±0,04 3,83±0,00 0,20±0,00 3,08±0,01 2,55±0,10 2,67±0,12 2,04±0,04 1,69±0,08 su ekstraktı) Kuru 6,79±0,63 11,7±0,07 89,7±0,12 87,8±0,24 30,3±0,95 28,6±5,86 34,4±3,41 42,8±2,78 Madde, % Nem, % 93,2±0,63 88,3±0,07 10,3±0,12 12,2±0,24 69,7±0,95 71,4±5,86 65,6±3,41 57,2±2,78 OM, % 95,5±0,54 65,4±0,31 91,6±2,4 82,9±3,6 88,5±1,26 89,3±1,19 90,2±0,95 90,0±0,82 TKN, % 3,53±0,57 5,73±0,11 0,48±0,04 0,50±0,02 1,01±0,19 1,02±0,03 1,11±0,57 0,87±1,10 C/N Oranı 14,8 6,23 104,3 104,9 47,9 47,8 44,4 56,5 3.2. Sıcaklık Reaktörlerdeki sıcaklık ve ortam sıcaklık değiĢimleri ġekil 2’de gösterilmiĢtir. Genel olarak dört reaktörde de sıcaklık, termofilik faz seviyelerine (> 40 °C) yükselmiĢtir. Sıcaklığın, AS’nın katkı maddesi olarak kullanıldığı M1 reaktöründe maksimum 44 °C’ye, katkı maddesi olan AS’nın yanında aĢı olarak AÇ’nun kullanıldığı M2 reaktöründe 52,6 °C’ye, MK’nın farklı oranlarda katkı maddesi olarak kullanıldığı aĢılı M3 ve M4 reaktörlerinde sırasıyla 67,3 °C ve 66,7 °C’ ye ulaĢtığı gözlenmiĢtir. Kompost reaktörlerindeki sıcaklıklar, ortamda kompost substratlarının yeterli miktarda bulunması ve kompost karıĢımlarındaki organik maddelerin mikroorganizmalar tarafından parçalanmasıyla yükselmektedir (Haug, 1993). M1 ve M2 reaktörü karĢılaĢtırıldığında, M2 reaktörüne aĢı ilavesi ile mikrobiyal aktivitenin arttırıldığı, bu sayede sıcaklığın daha fazla yükseldiği ve organik madde parçalanmasının arttırıldığı tespit edilmiĢtir (Adhikari ve diğ., 2009). AĢı ilavesinin kompostta olumlu etkisi tespit edildikten sonra, farklı bir katkı maddesi olan MK’nın kullanıldığı, aĢı ilaveli M3 ve M4 reaktörlerinde, sıcaklık önemli oranda yükselmiĢtir. Uçaroğlu ve Alkan (2016) tarafından yapılan arıtma çamurlarının kompostlanabilirliğinin araĢtırıldığı çalıĢmada da benzer Ģekilde MK’nın katkı maddesi olarak kullanıldığı kompost karıĢımında en yüksek sıcaklık elde edilmiĢtir. Kompost karıĢımlarındaki sıcaklık değiĢimlerini kontrol eden ana mekanizmanın kolay parçalanabilir organik madde miktarı ile ilgili olduğu söylenebilir. Bu çalıĢmada sıcaklık parametresi göz önünde tutulduğunda, M3 ve M4 reaktörlerinde kullanılan MK’nın, M1 ve M2 reaktörlerinde kullanılan AS’na göre daha kolay parçalanabilir organik madde içerdiği ve PA’nın kompostlanmasında MK’nın katkı maddesi olarak kullanımının kompost proses verimini daha fazla yükselttiği belirlenmiĢtir. Önemli oranda patojen kontrolü için atıklar reaktörde en az 5 gün 40 °C’nin üzerinde o kalmalıdır ve bu süre içinde sıcaklık 4 saat boyunca 55 C’yi aĢmalıdır (USEPA, 1993). Ülkemizde, 5 Mart 2015 tarihinde 29286 tarihli Resmi Gazete’ de yayınlanan Kompost Tebliği’nde ise elde edilen kompost ürününün toprak iyileĢtirici malzeme olarak kullanılabilmesi için sıcaklık değeri kesintisiz 2 hafta 55 °C, 60 °C’de ise 1 hafta öngörülmektedir (KT, 2015). M1 reaktöründe sıcaklık 1 gün 40 °C’nin üzerinde kalmıĢtır, 407 Uçaroğlu S.,Gümrah B.G.: Gıda Endüstrisi Pro. Atıklarının Komp. Farklı Katkı Maddeleri ve Aşı Kullanımı ancak 55 °C’ye ulaĢamamıĢtır. M2 reaktöründe sıcaklık 3 gün 5 saat 40 °C’nin üzerinde kalmıĢtır, ancak bu reaktör de 55 °C’ye ulaĢamamıĢtır. M3 reaktöründe ise sıcaklık yaklaĢık 12 gün 40 °C’nin üzerinde kalmıĢtır ve bu süre içinde 7 gün 4 saat 55 °C’yi aĢmıĢtır. Yine aynı süre içinde 2 gün 9 saat 60 °C’nin üzerinde kalmıĢtır. Benzer Ģekilde M4 reaktöründe ise sıcaklık 10 gün 18 saat 40 °C’ nin üzerinde kalmıĢtır ve bu süre içinde 3 gün 13 saat 55 °C’yi aĢmıĢtır. Aynı süre içinde 1 gün 14 saat 60 °C’nin üzerinde kalmıĢtır. Bu sonuçlar değerlendirildiğinde M3 ve M4 reaktörlerinden elde edilen kompostun EPA Kriterlerine göre toprak iyileĢtirici malzeme olarak kullanılabilmesi için önemli oranda patojen giderimi elde edilebilmiĢtir. Her iki reaktörde de Kompost Tebliği’nde hijyenizasyon ve patojen giderimi için belirtilen sıcaklık Ģartları sağlanamamıĢtır. Bu çalıĢma, laboratuvar ölçekli bir reaktörde gerçekleĢtirilmiĢ olup, reaktörler sınırlı miktarda substrat içermektedir. Büyük ölçekli kompost tesislerinde yeterli miktarda substrat olacağından dolayı M3 ve M4 karıĢımlarının Kompost Tebliği’ndeki sıcaklık değerlerine ulaĢabileceği düĢünülmektedir. M1 ve M2 reaktörleri için ise Kompost Tebliği ve EPA kriterleri göz önüne alındığında elde edilen kompostun toprak iyileĢtirici malzeme olarak kullanılabilmesi için gerekli hijyenizasyon her iki karıĢımda da elde edilememiĢtir. Şekil 2: Reaktörlerdeki Sıcaklık Değişimleri 3.3. Aşı İlavesi ve Farklı Katkı Maddelerinin Fiziksel ve Kimyasal Parametrelerin Değişimi Üzerine Etkisi pH, kompost prosesini etkileyen önemli bir parametredir. Bu çalıĢmada kompost prosesi boyunca, pH değeri M1 reaktöründe 6,5 ile 9,5 arasında, M2 reaktöründe 6,9 ile 9,8 arasında, M3 reaktöründe 5,9 ile 7,8 arasında ve M4 reaktöründe 6,1 ile 7,6 arasında değiĢmiĢtir. ġekil 3a incelendiğinde tüm reaktörlerde pH değerinde artıĢ olduğu görülmektedir. pH değerinin, proses 408 Uludağ Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi, Cilt 21, Sayı 2, 2016 baĢlangıcında nötr değere yakın olan M1 ve M2 reaktörlerinde artıĢ göstererek proses sonunda bazik değerlere yaklaĢtığı, proses baĢlangıcında zayıf asidik değerlere yakın olan M3 ve M4 reaktörlerinde ise proses sonunda nötr değerlerde olduğu gözlenmiĢtir. Reaktörlerin tümünde gerçekleĢen artıĢ proses sırasında oluĢan amonyağın suda çözünmesiyle alkali amonyum formlarına dönüĢmesi olarak açıklanabilir (Wang ve diğ., 2015; Choy ve diğ., 2015). M3 ve M4 reaktörlerinde pH değerinin bir süre geçtikten sonra azalmaya baĢlamasının sebebi ise mikrobiyal aktivite sonucu organik asitlerin oluĢması ile açıklanmaktadır (Wang ve diğ., 2015). Yapılan bir çalıĢmada kompost ürünü için en uygun pH değerinin 7- 8 aralığında olduğu belirtilmiĢtir (Chan ve diğ., 2016). Ülkemizde Kompost Tebliği’nde verilen değer 5,5 ile 8,5 aralığındadır. Bu çalıĢmada M1 ve M2 reaktörlerindeki kompost ürününün pH değeri standardın üzerinde bulunurken M3 ve M4 reaktörlerindeki kompost ürünün pH değerinin standarda uygun olduğu belirlenmiĢtir. Elektriksel iletkenlik çözünmüĢ tuz konsantrasyonunun göstergesi olduğundan dolayı kompostlama prosesi için önemli bir parametredir. Tüm reaktörlerin elektriksel iletkenliğinin zamana bağlı değiĢimi ġekil 3b’de gösterilmektedir. EC değerleri tüm reaktörlerde 1,4 ile 3,5 arasında değiĢmiĢtir. Tüm reaktörlerde EC değeri artıĢ eğilimindedir. Bu artıĢın sebebi biyolojik parçalanma sonucunda kütle azalması ve mineral tuzlarının (örn. fosfat iyonları) daha fazla açığa çıkmasıdır (Kalemelawa ve diğ., 2012; Kumar ve diğ., 2010; Yu ve Huang, 2008). Yapılan bir çalıĢmada kompost ürününün EC değerinin 4 mS/cm değerinden yüksek olması durumunda toprakta olumsuz etki yaratacağı belirtilmiĢtir (Yang ve diğ., 2015). Bu çalıĢmada elde edilen kompost ürünlerinin EC değerleri toprak için uygun değerlerdir. Şekil 3. Reaktörlerdeki pH ve EC Değişimleri Organik madde bozunması, direkt olarak mikrobiyal respirasyon ile ilgili olup organik madde kayıplarını oluĢturur (Paredes ve diğ., 2002). Biyobozunur organik madde kayıpları, kompost prosesi boyunca % 30 ile % 60 arasında gerçekleĢmektedir (Diaz ve diğ.,2007). Kompostlama prosesinde OM kayıpları sıcaklık artıĢıyla doğru orantılı olarak gerçekleĢir (Yang ve diğ., 2015). Reaktörlerin zamana bağlı organik madde değiĢimi ġekil 4a’da gösterilmektedir. ġekil 4a incelendiğinde tüm reaktörlerde organik madde içeriğinin azaldığı görülmektedir. Reaktörlerde gerçekleĢen OM kayıpları hesaplandığında M1 reaktöründe % 35,6, M2 reaktöründe % 52,3, M3 reaktöründe % 64,3 ve M4 reaktöründe ise % 52,0 bulunmuĢtur. M3 reaktöründe en fazla mikrobiyal faaliyetin gerçekleĢtiği ve diğer reaktörlere göre daha fazla OM kaybı meydana geldiği tespit edilmiĢtir. AĢı kullanılan M2 ve M4 reaktörlerinde de, aĢı kullanılmayan M1 reaktörüne göre oldukça fazla OM kaybı gerçekleĢmiĢtir. AĢı kullanımının ve 409 Uçaroğlu S.,Gümrah B.G.: Gıda Endüstrisi Pro. Atıklarının Komp. Farklı Katkı Maddeleri ve Aşı Kullanımı katkı maddesi olarak MK kullanımının AS kullanımına nazaran mikrobiyal aktiviteyi ve bununla beraber OM kayıplarını arttırdığı tespit edilmiĢtir. Kompostlama prosesinde kaliteli bir ürün elde edilebilmesi için önemli faktörlerden biri de organik atığın C/N oranıdır. Kompostlama sürecinde reaktörlerdeki C/N oranının zamana bağlı değiĢimi ġekil 4b’de gösterilmiĢtir. Reaktörlerdeki C/N oranının baĢlangıç değerleri M1 reaktöründe 47,9, M2 reaktöründe 47,8, M3 reaktöründe 37,9 ve M4 reaktöründe ise 34,1’dur. M1, M2, M3 ve M4 reaktörleri için C/N değerleri proses sonunda sırasıyla % 2,1, % 30,2, % 61,1 ve % 42,5 oranlarında azalarak, 46,8, 33,3, 14,7 ve 19,6 değerlerine düĢmüĢtür. Bu sonuçlar değerlendirildiğinde katkı maddesi olarak MK kullanılan ve aĢı ilavesi yapılan M3 reaktöründe mikrobiyal aktivitenin hızlı gerçekleĢtiği tespit edilmiĢtir. Katkı maddesi olarak MK kullanımı ve aĢı ilavesiyle, organik madde parçalanması arttırılmıĢ olup C/N oranında daha fazla azalma meydana gelmiĢtir. En düĢük C/N azot azalması katkı maddesi olarak ayçiçeği sapı kullanılan ve aĢı ilavesi yapılmayan M1 reaktöründe gerçekleĢmiĢtir. Kompost Tebliği’ne göre kompost ürününün C/N oranı 10-30 aralığında olmalıdır. Bu çalıĢmada M1 ve M2 reaktörlerinde proses sonunda, C/N oranı tebliğde istenilen değerlerin üzerinde olup M3 ve M4 reaktörlerinde ulaĢılan C/N oranları, tebliğde istenilen değer aralığındadır. Bu çalıĢmada incelenen parametreler için, tüm kompost karıĢımlarının 28. günlerinde elde edilen değerlerinin Kompost Tebliği ile karĢılaĢtırmaları Tablo 3’te özetlenmiĢtir. Şekil 4. Reaktörlerdeki OM içeriğinin ve C/N oranının zamana bağlı değişimi. 4. SONUÇLAR Bu çalıĢmada gıda endüstrisi proses atıklarının kompostlanmasında farklı katkı maddeleri ve aĢının etkisi araĢtırılmıĢtır. Düzenleyici katkı maddesi olarak mısır koçanı ve ayçiçeği sapı kullanılmıĢ olup aĢı olarak gıda endüstrisi arıtma tesisinden kaynaklanan arıtma çamuru ilave edilmiĢtir. Bu çalıĢmanın sonuçları, mısır koçanı ve aĢı kullanılarak hazırlanan M3 ve M4 reaktörlerinde en yüksek sıcaklıklara (67,3 °C ve 66,7 °C) ulaĢıldığını ve bunun sonucunda önemli mikrobiyal stabilizasyonun sağlandığını göstermiĢtir. Ayrıca, en yüksek OM kayıpları (%64,3 ve %52,0) ve en yüksek C/N azalması (%61,1 ve %42,5) bu reaktörlerde elde edilmiĢtir. Katkı maddesi olarak ayçiçeği sapı ile hazırlanan kompost karıĢımlarında, aĢı kullanılan M2 reaktöründe, aĢı kullanılmayan M1 reaktörüne göre daha yüksek sıcaklık (52,6 °C’ye karĢı 44 C°), daha yüksek OM kaybı (% 52,3’ ye karĢı % 35,6) ve daha fazla C/N oranında azalma (%30,2’ye karĢı %2,1) elde edilmiĢtir. Bu sonuç, kompost prosesinde aĢı kullanımının 410 Uludağ Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi, Cilt 21, Sayı 2, 2016 mikrobiyal aktiviteyi ve verimliliği arttırdığını göstermiĢtir. Kullanılan katkı maddeleri içinde ise mısır koçanının kompostlama verimini önemli düzeyde arttırdığı tespit edilmiĢ ve iyi bir kompostun elde edilebilmesi için kullanımının uygun olduğu görülmüĢtür. Gıda endüstrisi proses atıklarının kompostlanmasında, en yüksek sıcaklık, OM kaybı ve C/N azalması elde edilen aĢı ve mısır koçanı kullanılan 3:1:2 oranında hazırlanan M3 reaktörünün, incelenen kompost kalite parametreleri göz önünde bulundurulduğunda, en uygun karıĢım olduğu tespit edilmiĢtir. Tablo 3. Tüm Reaktörlerde İncelen Parametrelerin Kompost Tebliği ile Karşılaştırılması M1 M2 M3 M4 Kompost Tebliği Parametre Kompost Kompost Kompost Kompost (EK 2) Karışımı Karışımı Karışımı Karışımı Kesintisiz olarak 55°C’de 2 hafta, 60°C’de 1 hafta, Sıcaklık (°C) 44 52,6 67,3 66,7 65°C’de 5 gün, 70°C’de 1 saat, ĠĢlem görmüĢ olacaktır. pH (1:10, saf su 9,54±0,03 9,79±0,02 7,81±0,01 7,61±0,01 5,5 – 8,5 ekstraktı) C/N Oranı 46,8 33,3 14,7 19,6 10 - 30 Gıda endüstrisine ait proses atıklarından mısır koçanı ve aĢı ilavesi ile toprak iyileĢtirici malzeme ve nütrient kaynağı olarak tarımda kullanılabilecek stabilize kompost ürünü elde edilmesi Kompost Tebliği’nde ki tüm parametrelerin kontrol edilmesi ile mümkün olabilir. Bu çalıĢma ile kompost teknolojisinin, Türkiye’de kontrolsüz imha edilen veya daha düĢük teknolojilerle ekonomik değeri az olan ürünlere (hayvan yemi, gübre vb.) dönüĢtürülen gıda endüstrisi proses atıklarının çevresel etkilerini en aza indirebilecek ve ekonomik değeri daha fazla olan kompost ürününe dönüĢtürebilecek bir teknoloji olduğu söylenebilir. TEŞEKKÜR Bu çalıĢmada, deneysel çalıĢmalardaki yardımlarından dolayı BarıĢ Köksal ve Ecem Özdemir’e teĢekkür ederiz. KAYNAKLAR 1. Adhikari, B. K., Barrington, S., Martinez, J. and King, S. (2009) Effectiveness of three bulking agents for food waste composting, Waste Management, 29, 197–203. doi: 10.1016/j.wasman.2008.04.001 2. Al-jabi, L. F., Halalsheh, M. M. and Badarneh, D. M. (2008) Conservation of ammonia during food waste composting, Environmental Technology, 29, 1067–1073. doi:10.1080/09593330802175872 3. APHA, AWWA, WPCF, (1998). Standart Methods for the Examination of Water and Wastewater, Copyright by American Public Health Association, 20th edition, Baltimore, USA, 1269. 411 Uçaroğlu S.,Gümrah B.G.: Gıda Endüstrisi Pro. Atıklarının Komp. Farklı Katkı Maddeleri ve Aşı Kullanımı 4. Barrington, S., Choinière, D., Trigui, M., Knight, W. (2002) Effect of carbon source on compost nitrogen and carbon losses, Bioresource Technology, 83, 189–194. doi:10.1016/S0960-8524(01)00229-2 5. Bremner, J. M. and Mulvaney, C. S. (1982) Nitrogen-total in Methods of Soil Analysis, Part 2. Chemical and Microbiological Properties (ed A.L. Page), SSSA Book Series No 9, Soil Science Society of America and American Society of Agronomy, Madison, WI., 595-622. 6. Cao, W., Xu, H., Zhang, H. (2013) Architecture and functional groups of biofilms during composting with and without inoculation, Process Biochemistry, 48, 1222–1226. doi:10.1016/j.procbio.2013.06.015 7. Cheung, H. N. B., Huang, G. H., Yu, H. (2010) Microbial-growth inhibition during composting of food waste: effects of organic acids, Bioresource Technology, 101, 5925– 5934. doi:10.1016/j.biortech.2010.02.062 8. Chang, J. I., Chen, Y. J. (2010) Effects of bulking agents on food waste composting, Bioresource Technology, 101, 5917–5924. doi:10.1016/j.biortech.2010.02.042 9. Chan, M. T., Selwam, A., Wong, J. W. C. (2016) Reducing nitrogen loss and salinity during ‘struvite’ food waste composting by zeolite amendment, Bioresource Technology, 200, 838–844. doi:10.1016/j.biortech.2015.10.093 10. Choy, S. Y., Wang, K., Qi W., Wang, B., Chen, C. L., Wang, J. Y. (2015) Co-composting of horticultural waste with fruit peels, food waste, and soybean residues, Environmental Technology, 36(11), 1448-1456. doi: 10.1080/09593330.2014.993728 11. Diaz, L. F., Bertoldi, M., Bidlingmaier, W., Stentiford, E. (2007) Compost Science and Technology, Elsevier Publishers, Issn 1478-7482, 8(51). 12. Haug, R.T. ( 1993) The Practical Handbook of Compost Engineering. CRC Publishers Ltd., Boca Raton, Florida, USA. 13. Kalemelawa, F., Nishihara, E., Endo, T., Ahmad, Z., Yeasmin, R., Tenywa, M. M., Yamamoto, S. (2012) An Evaluation of Aerobic and Anaerobic Composting of Banana Peels Treated With Different Ġnoculums for Soil Nutrient Replenishment, Bioresource Technology, 126, 375–382. doi:10.1016/j.biortech.2012.04.030 14. Khalil, A. I, Hassouna, M. S, El-Ashqar, H. M. A., Fawzi, M. (2011) Changes in physical, chemical and microbial parameters during the composting of municipal sewage sludge, World Journal of Microbiology and Biotechnology, 27(10), 2359–2369. doi: 10.1007/s11274-011-0704-8 15. Keeney, D. R. and Nelson, D. W. (1982) Nitrogen-inorganic forms in Methods of Soil Analysis, Part 2. Chemical and Microbiological Properties, (ed A.L. Page), 643-693, SSSA Book Series No 9, Soil Science Society of America and American Society of Agronomy, Madison, WI. 16. KT, (2015). Kompost Tebliği, T.C. Resmi Gazete, 29286, 5 Mart 2015. 17. Kumar, M., Ou, Y. L., Lin, J. G. (2010) Co-composting of green waste and food waste at low C/N ratio, Waste Management, 30, 602–609. doi:10.1016/j.wasman.2009.11.023 18. Li, S., Huang, G. H., An, C. J., Yu, H. (2013) Effect of different buffer agents on in-vessel composting of food waste: Performance analysis and comparative study, Journal Environmental Science and Health.Part A Toxic/Hazardous Substances &Environmental Engineering, 48 (7), 772-780. doi:10.1080/10934529.2013.744637 412 Uludağ Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi, Cilt 21, Sayı 2, 2016 19. Mirabella, N., Valentina, C., Sala, S. (2014) Current options fort he valorization of food manufacturing waste: a review, Journal of Cleaner Production, 65, 28-41. doi: 10.1016/j.jclepro.2013.10.051 20. Mc Lean, E. O. (1982) Soil pH and Lime Requirement in Methods of Soil Analysis, Part 2. Chemical and Microbiological Properties, (A.L. Page, ed.), ASA-SSSA. Madison, Wisconsin, USA, 199-223. 21. Nikaeen, M., Nafez, A. H., Bina, B., Nabavi, B. F., Hassanzadeh, A. (2015) Respiration and enzymatic activities as indicators of stabilization of sewage sludge composting, Waste Management, 39, 104–110. doi: 10.1016/j.wasman.2015.01.028 22. Okalebo, J. R., Gathua, K. W., Woomer, P. L. (1993) Laboratory methods of soil and plant analysis: a working manual, TSBF programe, Soil Science Society of East Africa technical publication no. 1, UNESCO, Rosta, Kenya. 23. Paredes, S. C., Bernal, M. P., Cegarra, J., Roig, A. (2002) Bio-degradation of Olive Mill Wastewater Sludge by its Co-Composting With Agriculturalwastes, Bioresource Technology, 85, 1-8. doi:10.1016/S0960-8524(02)00078-0 24. Rhoades, J. D. (1982) Soluble Salts in Methods of Soil Analysis, Part 2, Chemical and Microbiological Properties, (A.L. Page, ed.), ASA-SSSA. Madison, Wisconsin, USA, 167- 178. 25. Uçaroğlu, S. (2014) Use of Sunflower Stalks as a Bulking Agent in Sewage Sludge Composting, Fresenius Environmental Bulletin 23(6): 1302-1308. doi:10.3291/F-2013- 546pj2014 26. Uçaroğlu S., Alkan S. (2016) Composting of wastewater treatment sludge with different bulking agents, Journal of the Air & Waste Management Association, 66(3), 288-295. doi:10.1080/10962247.2015.1131205 27. USEPA, (1993). Standards for the Use and Disposal of Sewage, 40 CFR Parts 257, 403, and 503 (FRO-4203-3), Final Rule, Fed. Register, 58, 9248, US Government Printing Office, Washington, DC. February 19. 28. Wang, X., Cui, H., Shi, J., Zhao, X., Zhao, Y., Wei, Z. (2015) Relationship between bacterial diversity and environmental parameters during composting of different raw materials, Bioresource Technology, 198, 395–402. doi:10.1016/j.biortech.2015.09.041 29. Yağcı, S., Altan, A., GöğüĢ, F., Maskan, M. (2006) Gıda Atıklarının Alternatif Kullanım Alanları, Türkiye 9. Gıda Kongresi, Bolu. 30. Yu, H., Huang, G. H. (2009) Effects of sodium acetate as a pH control amendment on the composting of food waste, Bioresource Technology, 100, 2005-2011. doi:10.1016/j.biortech.2008.10.007 31. Yang, F., Li, G., Shi, H., Wang, Y. (2015) Effects of phosphogypsum and superphosphate on compost maturity and gaseous emissions during kitchen waste composting, Waste Management, 36, 70–76. doi:10.1016/j.wasman.2014.11.012 413 414