Sızıntı sularının biyopolimer üretimindeki potansiyelinin değerlendirilmesi

Abstract

Bu çalışma, katı atık depolama sahası sızıntı suyu arıtımının yüksek maliyetlerini azaltmak ve sürdürülebilir çözümler geliştirmek amacıyla Mekanik Buhar Sıkıştırma (MVR) teknolojisi ile biyoteknolojik polihidroksialkanoat (PHA) üretimini entegre eden yenilikçi bir yaklaşım sunmaktadır. Geleneksel sızıntı suyu arıtım yöntemleri, karbonlu bileşiklerin tamamen mineralizasyonuna odaklanmakta ve bu da yüksek enerji tüketimi ile işletme maliyetlerine yol açmaktadır. Ancak, sızıntı suları amonyak ve uçucu yağ asitleri (UYA'lar) gibi değerli bileşenler içermektedir. Bu bileşenlerin geri kazanımı ve değerlendirilmesi hem çevresel hem de ekonomik açıdan önemli fırsatlar sunmaktadır. Bu çalışmada, MVR teknolojisi kullanılarak sızıntı suyundan UYA'ların geri kazanımı ve bu UYA'ların fosfor sınırlamalı koşullar altında PHA üretimi için karbon kaynağı olarak kullanılması hedeflenmiştir. MVR ile sızıntı suyundan geri kazanılan UYA'lar, karışık mikrobiyal kültürler tarafından biyopolimer üretimi için kullanılmıştır. Çalışmada, farklı UYA konsantrasyonları (700 mg/L, 1400 mg/L ve 2000 mg/L) ve C/P oranları (100/3, 100/1.5, 100/0.75) üzerinde detaylı incelemeler yapılmıştır. Bu koşullar altında, mikroorganizmaların PHA depolama kapasiteleri optimize edilmiş ve %73 gibi yüksek bir PHA depolama verimliliği elde edilmiştir. Elde edilen PHA'nın termofiziksel ve kimyasal özellikleri, ticari PHA ile karşılaştırılmış ve benzer nitelikte olduğu tespit edilmiştir. Bu sonuçlar, sızıntı suyundan üretilen PHA'nın endüstriyel uygulamalarda kullanılabileceğini göstermektedir. Ekonomik analizler, bu entegre sistemin sızıntı suyu arıtımı için maliyet etkin bir çözüm olduğunu ortaya koymuştur. Yapılan hesaplamalara göre, sistemin 1.23 USD/m³ net kâr sağladığı belirlenmiştir. Bu kârlılık, MVR ile UYA geri kazanımı ve PHA üretiminin birleştirilmesinin hem atık yönetimi hem de biyopolimer endüstrisi için sürdürülebilir bir iş modeli olabileceğini göstermektedir. Ayrıca, bu yöntem, geleneksel arıtım yöntemlerine kıyasla daha düşük karbon ayak izi ile çevresel açıdan da avantajlar sunmaktadır. Sonuç olarak, bu çalışma, sızıntı suyu arıtımında yüksek verimlilik, düşük maliyet ve sürdürülebilirlik sağlayan bir yaklaşım önermektedir. MVR ile UYA'ların geri kazanımı ve bunların PHA üretiminde kullanılması, atık yönetimi ve biyopolimer endüstrisi için çift yönlü bir kazanım sağlamaktadır. Bu entegre sistem hem çevresel hem de ekonomik açıdan uygulanabilir bir çözüm olarak öne çıkmakta ve gelecekteki atık yönetimi stratejileri için önemli bir referans oluşturmaktadır.This study presents an innovative approach that integrates Mechanical Vapor Recompression (MVR) technology with biotechnological polyhydroxyalkanoate (PHA) production to reduce the high costs of landfill leachate treatment and develop sustainable solutions. Conventional leachate treatment methods focus on the complete mineralization of carbonaceous compounds, which leads to high energy consumption and operational costs. However, landfill leachates contain valuable components such as ammonia and volatile fatty acids (VFAs). The recovery and utilization of these components offer significant environmental and economic opportunities. In this study, VFAs recovered from leachate using MVR technology were used as a carbon source for PHA production under phosphorus-limited conditions. The VFAs recovered through MVR were utilized by mixed microbial cultures for biopolymer production. The study investigated the effects of different VFA concentrations (700 mg/L, 1400 mg/L, and 2000 mg/L) and C/P ratios (100/3, 100/1.5, 100/0.7) on PHA accumulation. Under optimized conditions, a remarkable PHA storage efficiency of 73% was achieved. The physicochemical and thermal properties of the produced PHA were analyzed and found to be comparable to commercial PHA, indicating its potential for industrial applications. Economic analyses demonstrated the cost-effectiveness of this integrated system, with a net profit of 1.23 USD/m³. This profitability highlights the potential of combining MVR-based VFA recovery with PHA production as a sustainable business model for both waste management and the biopolymer industry. Additionally, this approach offers environmental benefits, including a lower carbon footprint compared to traditional treatment methods. In conclusion, this study proposes a highly efficient, cost-effective, and sustainable approach to landfill leachate treatment. The integration of MVR for VFA recovery and subsequent PHA production provides a dual benefit: effective waste management and the production of valuable biopolymers. This system represents a promising solution for future waste management strategies, offering both environmental and economic advantages.