Prof.Dr. Semih Ötleş

Prof.Dr. Semih Ötleş

Gıda Kimyası

Et işleme endüstrisi atık suyunun değerlendirilmesi ve kullanılan sistemler

Mezbahalarda kesimhane ve et işleme prosesleri sırasında oluşan atık sular, genellikle KOİ, BOİ, toplam askıda katı madde, yağ ve gres ve yüzer madde içermektedir. Et endüstrisi atıklarında en önemli kirleticilerden biri kandır ve kanın 20 günlük...

Müge Soylu, Semih Ötleş

Ege Üniversitesi, Gıda Mühendisliği Bölümü

Özet

Son yıllarda sayısı artan gıda işletmeleri dolayısıyla, gıda endüstrisinde kullanılan su ve ortaya çıkan atık su oranlarında ciddi artış gözlenmektedir. Bu yüzden, su kullanımı ve atık su arıtma toplumların sürekli gelişmesinde önemli hale gelmiştir. Et endüstrisinde ortaya çıkan atık sular, padoklardan, kesimhaneden ve rendering tesislerinden kaynaklanmaktadır. Özellikle et işleme sektörünün atık suları kan, etten kaynaklanan protein, karbonhidrat ve yağ miktarından dolayı BOI ve KOI değerleri yüksektir. Entegre et ve et ürünleri tesisleri atık sularının hiçbir arıtma işlemine tabi tutulmadan alıcı ortama verilmesi alıcı ortamında çözünmüş oksijenin tüketilmesine ve su ortamının bozulmasına neden olmaktadır. Bu nedenle entegre et ve et ürünleri tesisleri çıkış sularının arıtılması gereklidir. Bu atık suların arıtılması için çeşitli fiziksel, kimyasal, biyolojik ve ileri sistemler kullanılmaktadır. Bu atık sular arıtıldıktan sonra sektörde proses ve soğutma suyu olarak kullanıldığı bilinmektedir.


Abstract

In recent years, due to increasing number of food companies, a significant increase is observed in water uses in the food industry. Therefore, water use and wastewater treatment has become important for the continuous improvement of society. Wastewaters produced in the meat industry are mainly due to paddocks, slaughterhouse and rendering plants. Especially, the meat industry wastewaters have high concentration of BOD and COD values because of blood and protein, carbohydrate and fat content originating from meat. Integrated meat and meat-products wastewaters can be directly discharged without any treatment. However, it leads to consumption of dissolved oxygen and pollution of water sources. Accordingly, the wastewater effluent treatment is necessary for integrated meat industries. Various physical, chemical, biological and advanced systems are used for treatment of this wastewater. It is known that treated wastewater is used as process and cooling water in food industries.

1. Giriş

Gıda ve içecek endüstrilerinde su tüketimi çevresel sorunların başında gelmekte ve bu endüstrilerde çok farklı amaçlı su tüketimi gerçekleşmektedir. Gıda endüstrisinde atık sular, yıkama, pişirme, ısıtma, ekstraksiyon, reaksiyon ürünleri, ayırma, taşıma ve kalite kontrol işlemlerinden kaynaklanabilmektedir.

Türkiye’de gıda endüstrisi atıkları diğer endüstri atıklarının % 20’sini, gıda endüstrisi atık suları ise diğer endüstrilerin % 9’unu oluşturmaktadır (Şener, 2008).
Gıda sanayi atık suları, kullanılabilir atık su kaynakları içinde yer almakla birlikte arıtılmış atık sular, sanayide soğutma suyu veya proses suyu olarak yeniden kullanılabilmektedir
(Kaftan, 2010).

Gıda endüstrisinde et entegre tesisleri, ortaya çıkan atık su miktarı bakımından önemli yere
sahiptir.

Çizelge 1. Gıda ve içecek endüstrisi sektörlerindeki su tüketimi ve atık su miktarları (EC,2006).
Sektör
Su tüketimi
Oluşan atıksu miktarı
Et ürünleri
2-20 m3/ton
10-25 m3/ton
Balık ürünleri
3,3-32 m3/ton
2-40 m3/ton
Meyve ve sebze
2,4-11 m3/ton
11-23 m3/ton
Bitkisel sıvı ve katı yağ
0,2-30 m3/ton
0,2-35 m3/ton
Süt ürünleri
1-5 L/kg
0,9-60 m3/ton
Nişasta
0,7-3 m3/ton
1,4-2 m3/ton
İçecek
6-14 m3/m3
0,8-3,6 m3/m3
Bira üretimi
0,32-1 m3/L-saat
0,24-0,9 m3/L-saat


EC (Avrupa Komisyonu) 2006 verilerine göre, gıda ve içecek endüstrisi sektörlerindeki ürün başına yaklaşık su tüketimlerinde et ürünlerinde kullanılan su miktarı 2-20 m3/ton iken, oluşan atık su miktarı 10-25 m3/ton olarak verilmiştir (Çizelge 1)
Et endüstrisinde ortaya çıkan atık sular, padoklardan, kesimhaneden ve rendering tesislerinden kaynaklanmaktadır. Özellikle et işleme sektörünün atık suları kan, protein, karbonhidrat ve yağ miktarına bağlı olarak BOI (biyolojik oksijen ihtiyacı) ve KOI (kimyasal oksijen ihtiyacı) değerleri yüksektir (Kaftan, 2010).

Entegre et ve et ürünleri tesisleri atık sularının hiçbir arıtma işlemine tabi tutulmadan alıcı ortama verilmesi alıcı ortamında çözünmüş oksijenin tüketilmesine ve su ortamının bozulmasına neden olmaktadır. Bu nedenle entegre et ve et ürünleri tesisleri çıkış sularının arıtılması gereklidir. Fakat bu özelliklerdeki atık suların arıtılması oldukça zor ve maliyetlidir. Bu atık suların arıtılması için çeşitli fiziksel, kimyasal ve biyolojik yöntemler kullanılmaktadır (Özyonar ve Karagözoğlu, 2008).

Et sanayi atık suyunda temel kirleticiler içinde yer alan protein ve yağın uzaklaştırılmasında ultrafiltrasyon; askıda katı madde ve yağın birlikte ayrılmasında flotasyon etkili yöntemler olarak bilinmektedir (Kaftan, 2010).


2. Et işleme endüstrisi atık suları
Et endüstrisi çevreye büyük ölçüde zarar veren gıda alanlarından birisidir. Bu alanda üretilen atık su çeşitli organik ve inorganik kirleticiler içermektedir. Bu kirleticiler, yüksek konsantrasyonda eterik ekstraktı, askıda maddeler ve biyojenik maddelerdir (Sroka vd, 2005).

Et işleme ve kesimhane tesislerinde hayvanların kesimi ve temizliğinden dolayı et sektöründe geniş hacimde atık su ortaya çıkar. Et işleme sanayi yiyecek ve içecek endüstrisi tarafından tüketilen toplam tatlı suyun % 24'ünü kullanır ve dünya genelinde tarım sektöründe bu değer % 29'a çıkmaktadır (Bustillo-Lecompte, 2015).

Mezbahalarda kesimhane ve et işleme prosesleri sırasında oluşan atık sular, genellikle KOİ, BOİ, toplam askıda katı madde, yağ ve gres ve yüzer madde içermektedir. Et endüstrisi atıklarında en önemli kirleticilerden biri kandır ve kanın 20 günlük BOİ’si 405.000 mg/l, 5 günlük BOİ’si ise 150.000-200.000 mg/l civarında olduğu belirlenmiştir. Bu kan, kanalizasyona verildiğinde kanalizasyon kirlilik yükünü büyük ölçüde artırmaktadır. (Danış, 1996).

Çizelge 2’ de et işleme endüstrisinin farklı ünitelerinde oluşan atık suyun içeriği ve özellikleri verilmektedir. Atık suyun en önemli bileşenlerinden kanın değerlendirilmesi ve bağırsak/işkembenin atık suya karıştırılmaması, et işleme atık suyunun miktarını belirlemektedir.

Çizelge 2. Et endüstrisinde çıkan atık suların kompozisyonu (Kaftan, 2010).
Ünite
BOİ (mg/L)
Ask. KOH (mg/L)
Organik-N (mg/L)
pH
Kesimhane
825
220
134
6,6
Kan ve tank suları
3200
3690
5400
9,0
Rendering*
4600
8390
1290
9,0
İşkembe yıkama
13200
15110
643
6,0
Sosis
800
560
136
7,3
İç yağ
180
180
84
7,3
Yan ürün
2200
1380
186
6,7
Toplam atıksu
2240
929
324


3. Atık suyun arıtılması ve kullanılan yöntemler

Et endüstrisi atık suyu; spesifik özellikleri, düzensiz dağılımı, önemli miktarda organik, mineral ve biyojenik maddeler içermesi nedenleriyle arındırılması zor atık sulardandır (Sroka, 2004).

Endüstriyel nitelikli bu atık suların arıtılması; fiziksel arıtma, kimyasal arıtma, biyolojik arıtma ve ileri arıtma yöntemleri olmak üzere dört yöntemle yapılmaktadır.

3.1. Fiziksel Arıtma Sistemleri
Atık su içerisindeki kirletici maddelerin fiziksel işlemlerle atık sudan alınması amacı ile kullanılan proseslerdir. Bu sistemlerden bazıları; ızgaralar, öğütücüler, elekler, dengeleme havuzları, yağ tutucular, kum tutucular, yüzdürme sistemleri ve çökertme havuzlarıdır.

Fiziksel arıtma sistemleri daha çok atık su içerisindeki katı maddelerin tutulması ve arıtma sistemine giriş kirlilik yüklerinin azaltılması amacı ile ön arıtma olarak kullanılmaktadır (EPA, 2004).


3.2. Kimyasal Arıtma Sistemleri
Kimyasal arıtma sistemleri askıda bulunan veya suda çözünmüş maddelerin fiziksel yapısını değiştirerek çökelmelerini sağlamak üzere uygulanan arıtma işlemleridir.

Bu arıtma işlemlerinde, uygun pH değerinde atık suya kimyasal maddeler (koagülant, polielektrolit vb.) ilave edilmesi sonucu, çöktürülmek istenen maddeler çökeltilerek çamur halinde sudan ayrılmaktadır (EPA, 2004).

Kimyasal arıtım sistemleri; koagülasyon, flokulasyon ve elektrokoagülasyon olarak bilinmektedir.
Koagülasyon-flokülasyon işlemlerinin uygulanma amacı genellikle atık suda bulunan kolloidal maddelerin giderilmesidir. Bu sistem ile ilgili yapılmış olan çalışmada, Fe2(SO4)3, Al2(SO4)3 ve poli alüminyum klorür koagülant olarak kullanılmıştır. Fosfor giderimi (% 100 ortofosfat için, toplam fosfor için % 98,93 % 99.90 arasında) çok yüksek bulunmuştur. Amonyaklı nitrojen giderimi ise albuminoid azot gideriminde kayda değer performans
(% 73,9 - % 88,77) gözlenmesine rağmen düşük çıkmıştır (Aguilar vd, 2002)

Entegre et ve et ürünleri endüstrisi atık sularının alüminyum ve demir elektrotları kullanılarak yapılan elektrokoagülasyon prosesiyle arıtılmasında da yüksek giderme verimleri elde edilmiştir. Al elektrotları ile %78,99 KOI giderim verimi elde edilirken, demir elektrotu ile %76,73 KOI giderim verimi elde edilmiştir. Elde edilen sonuçlara göre elektrokoagülasyon prosesi et endüstrisi atık suyunun arıtımında etkili bir işlem olmakla birlikte diğer proseslerle beraber kullanıldığında özellikle KOI giderimin de daha etkili bir arıtma veriminin olabileceği öngörülmüştür (Özyonar ve Karagözoğlu, 2008).

3.3. Biyolojik Arıtma Sistemleri
Entegre et ve et ürünleri atık suları genellikle biyolojik arıtma prosesleri ile arıtılmaktadır. Bu işlemlerde, atık sudaki organik maddeler; bakteriler tarafından parçalanarak sıvının içinde kalan biyolojik floklara veya gaz olarak atmosfere çıkan sabit inorganik bileşenlere dönüştürülür.
Et endüstrisinde atık suyun biyolojik arıtılmasında, organik maddelerin ayrıştırılması ve azot, fosfor gibi biyojenik bileşiklerin giderilmesi amaçlanmaktadır (Sroka, 2004).
Biyolojik arıtma yöntemleri temelde aerobik ve anaerobik olarak ikiye ayrılmaktadır. Et endüstrisi atık sularının arıtımında en çok uygulama alanı bulmuş biyolojik arıtım sistemleri, aktif çamur sistemleri, anaerobik temas prosesi, damlatmalı filtrasyon, biyofilm sistemleri ve havasız çamur yataklarıdır (Danış, 1996).
Biyolojik arıtma sistemlerinden biri olan aktif çamur yöntemi organik maddelerin aerobik mikroorganizmalar tarafından inorganik maddelere, inert organik maddelere, CO2 ve H2O ve daha fazla organizmaya dönüştürülmesi prensibine dayanmaktadır (Coppen, 2004).
Yapılan diğer bir çalışmada, aerobik granüllü çamur kullanılarak kesimhane atık suların arıtılması işlemi uygulanmıştır. KOI, amonyak ve fosfat miktarları çamur granülasyonu ile etkili şekilde uzaklaştırılmıştır ve giderilme verimleri sırasıyla % 95.1 % 99.3 ve % 83.5 olarak gözlenmiştir (Liu, 2015).
Anaerobik ve aerobik proseslerin işletilmesinde sıcaklık, organik yük, kalış süresi gibi parametreler proses verimliliğini etkileyen önemli parametrelerdir. Bu nedenle bu proseslerin işletim aşamasında kontrol altında tutulması gereklidir (Özyonar ve Karagözoğlu, 2008).
Et endüstrisi atık suyunun biyolojik olarak arıtılmasında kullanılan başka bir işlem olan damlatmalı filtrasyon işlemi ile arıtmada %81-90; iki kademeli damlatmalı filtrasyon ile %95 oranında BOI giderme verimi elde edildiği ve biyolojik arıtma amacıyla kullanılan aktif çamur sisteminin de %90-95 BOI giderimi gösterdiği belirlenmiştir (Kaftan, 2010).

Kanatlı kesme ve işleme tesislerinde ise, atık suda, ilk işlem olarak tüy, ayak ve kafanın uzaklaştırılması gerektiği, uygulanan arıtma işlemi ızgaralardan, foseptikten geçirme, lagünlerde biyolojik arıtma olarak sıralanmakta ve bu arıtma aşamalarından çıkışta BOI giderme verimi %93 olarak belirlenmiştir. (Kaftan, 2010).


Şekil 1. Entegre et atıksu arıtma tesisi akım şeması

Bir entegre et tesisi bünyesinde faaliyet gösteren atık su arıtma tesisinden çıkan arıtılmış atık suların yeniden kullanılabilirliği araştırılmıştır. Entegre Et Tesisi atık su arıtma tesisi akım şeması Şekil 1’de verilmektedir. Bu sistemde fiziksel ve kimyasal arıtma işlemleri ard arda uygulanmış ve etkin bir proses oluşturulmuştur (Büyükkamacı, 2007).

3.4. İleri Sistemler
3.4.1. Membran teknolojileri
Membran biyoreaktör teknolojileri biyolojik proseslerin kullanımı ile kombine edilmekte ve bu membran sistemleri atık suların arıtılmasında, organik ve askıda katı madde giderimlerini sağlamada kullanılmaktadır. Membran biyoreaktör sistemleri aerobik veya anaerobik olarak çalıştırılabilmektedir.
Membran çeşitleri gözenek boyutlarına göre dört kategoride sınıflandırılır; mikrofiltrasyon, ultrafiltrasyon, nanofiltrasyon ve ters osmozdur (Coppen, 2004).
Kanatlı et endüstrisi atık suyunda en fazla ultrafiltrasyon sistemi uygulamaları görülmektedir. Yapılan bir çalışmada ultrafiltrasyon sisteminden geçirilen atık suyun sahip olduğu KOI ve toplam katı madde miktarlarında önemli azalma olduğu kaydedilmiştir. Ultrafiltrasyon ile arıtımda % 59 oranında KOI giderimi sağlanmıştır.
Kanatlı et entegre tesislerinde ön yıkama suyu ve iç çıkarma atık suyunun kaba filtrasyon ve ultrafiltrasyon işlemleri sonrası, koliform (% 86,6), BOİ (% 97.9), KOİ (% 96.6), yağ ve gres (% 79.8) değerlerinde azalma olduğu belirlenmiştir (Avula vd, 2009).

3.4.2. İleri oksidasyon sistemleri
İleri oksidasyon sistemleri (AOPs), konvansiyonel arıtma üzerinde ilgi çekici bir alternatif haline gelmiştir. Bu sistem ön işlem veya son işlem olarak atık suyu arıtmada, biyolojik proseslerde kullanılabilmektedir. Ayrıca, ileri oksidasyon işlemleri atık suya kimyasallar eklemeden mikroorganizmaları inaktive edebilir, tehlikeli yan ürünlerin oluşumunu önlemektedir (Bustillo-Lecompte,2016).
Bu sistemler, kuvvetli oksitleyici maddeler (O3, H2O2) ve/veya katalizörler (Fe, Mn, TiO2) ile genellikle yüksek enerjili radyasyonu birlikte kullanırlar (de Sena, 2009).
Ozonlama, gama radyasyonu ve UV/H2O2 içeren çeşitli ileri oksidasyon sistemleri et endüstrisi atık sularında test edilmiştir. Fakat, bunlar arasında en etkili yöntemin UV/H2O2 olduğu görülmektedir.
UV/H2O2 uygulaması, mikroorganizmaların inaktivasyonu ve inhibisyonunda hem de aromatik bileşikleri indirgemede diğer teknolojilere göre 5 kat daha hızlıdır. UV/H2O2 sistemi ile arıtma verimi COİ, BOİ, ve TOC için sırasıyla % 97, % 95 ve %75‘e kadar çıkabilmektedir. Bu nedenle, ileri oksidasyon sistemleri suyun yeniden kullanılmasında et endüstrisi atık suyunun kalitesini artırdığı kabul edilebilir niteliktedir (Bustillo-Lecompte,2016).

Sonuç
Dünyanın birçok yerinde hızlı nüfus artışı, kentleşme ve endüstrileşme gibi sebeplerle su kaynaklarına olan ihtiyaç giderek artmakta ve su kaynakları da hızla tükenmektedir. Bu durum, ekonomik açıdan endüstriyel atık sularının arıtılması konusunu doğurmaktadır.

Et endüstrisi, artan gıda üretimine bağlı olarak büyük ölçüde atık su üreten sektörlerden birisidir. Bu atık sular sonucu meydana gelen çevre kirliliği ve ekonomik kayıplar, entegre et endüstrilerinde atık suyun arıtılmasında farklı sistemlerin kullanılmasına neden olmuştur. Kirlilik miktarının yüksek olduğu bu atık suyun arıtılmasında ön işlemlerden sonra uygulanan ultrafiltrasyon, ileri oksidasyon sistemleri, aktif çamur sistemleri, koagülasyon-flokulasyon, elektrokoagülasyon işlemlerinin etkin şekilde kullanıldığı görülmektedir. Bu sistemler ile et endüstrisi atık suyunda yer alan yüksek miktardaki BOI, KOI değerlerinde azalma sağlanmakta ve atık suyun proses veya soğutma suyu olarak kullanıldığı görülmektedir.


Kaynaklar
Aguilar M. I. Saez J. Llorens M. Soler A. Ortuno J. F. 2002. Nutrient removal and sludge production in the coagulation–flocculation process. Water Research, 36: 2910–2919.
Anonymous. 2013. 109G083 Nolu Tübitak Kamag Projesi El Kitabı.
Avula R. Y. Nelson H. M. Singh R. K. 2009. Recycling of poultry process wastewater by ultrafiltration, Innovative Food Science and Emerging Technologies 10: 1–8.
Bohdziewicz J. Sroka E. 2006. Application of hybrid systems to the treatment of meat industry wastewater, Institute of Water and Wastewater Engineering, Poland, Desalination, 198: 33–40.
Bustillo-Lecompte C. F. Ghafoorib S. Mehrvar M. 2016. Photochemical degradation of an actual slaughterhouse wastewater by continuous UV/H2O2 photoreactor with recycle, Journal of Environmental Chemical Engineering, 4: 719–732.
Bustillo-Lecompte C. F. Mehrvar M. 2015. Slaughterhouse wastewater characteristics, treatment, and management in the meat processing industry: A review on trends and advances, 161: 287 – 302.
Büyükkamacı, N. ve Onbaşı A. N. 2007. Endüstriyel Atıksuların Yeniden Kullanımının Değerlendirilmesi: Entegre Et Tesisi Atıksuları. 7. Ulusal Çevre Mühendisliği Kongresi, İzmir, 502-510.
Coppen J. 2004. Advanced Wastewater Treatment Systems Research Project. University of Southern Queensland, Faculty of Engineering and Surveying.
Danış Ü. 1996. Erzurum Et Kesimhanesi Atıksularının Arıtılabilirliği, Atatürk Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Mühendisliği Bölümü, Erzurum, 2: 1-7.
De Sena F. R. Tambosia J. L. Genena A. K. Moreira R. Schröder H. Fr. José H. J. 2009. Treatment of meat industry wastewater using dissolved air flotation and advanced oxidation processes monitored by GC–MS and LC–MS. Chemical Engineering Journal, , 152: 151–157.
EPA, 2004. Primer for Municipal Wastewater Treatment Systems, United States Environmental Protection Agency, 832-R-04-001.
Kaftan A. 2010. Entegre Et Tesislerinde Atık Suyun Yeniden Kullanımı, Ondokuz Mayıs Üniversitesi, Gıda Mühendisliği Bölümü, Samsun.
Liu Y. Kang X. Li X. Yuan Y. 2015. Performance of aerobic granular sludge in a sequencing batch bioreactor for slaughterhouse wastewater treatment, Bioresource Technology, 190: 487–491.
Özyonar F. Karagözoğlu B. 2008. Entegre Et ve Et Ürünleri Endüstrisi Atıksularının Elektrokoagülasyon Yöntemiyle Arıtılabilirliğinin Araştırılması, Cumhuriyet Universitesi, Çevre Mühendisliği Bölümü, İ.T.Ü. 11. Endüstriyel Kirlenme Kontrolü Sempozyumu.
Sroka E. Kaminski W. Bohdziewicz J. 2004. Biological treatment of meat industry wastewater, Desalination, 162: 85-91.
Sroka E. Kaminski W. Bohdziewicz J. 2005. Treatment of wastewater from the meat industry applying integrated membrane systems, Process Biochemistry, 40: 1339–1346.
Şener A. Ünal M. Ü. 2008. Gıda Sanayii Atıklarının Biyoteknolojik Yöntemlerle Degerlendirilmesi, Çukurova Üniversitesi Ziraat Fakültesi Gıda Mühendisligi Bölümü, Adana.

Mart 2016 sayısının 91.sayfasında yayımlanmıştır.

Yazarın diğer yazıları