Gül işleme atıklarından biyogaz üretiminde etkili faktörlerin optimizasyonu ve ekonomik analizi
Optimization of factors affecting on biogas production from rose processing wastes and economical analysis
Yazar: EMRAH ONURSAL
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA ACAR ; PROF. DR. KAMİL EKİNCİ
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2016
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Ziraat = Agriculture
Dizin: Anaerobik arıtma = Anaerobic treatment ; Biyogaz = Biogas ; Sığır gübresi = Cattle manure ; Yenilenebilir enerji = Renewable energy

Özet:
Bu tez çalışmasında gül işleme atıklarından (GP) biyogaz üretimininde etkili bazı faktörlerin optimize edilmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla ilk olarak sığır gübresi (SG) ile hammadde karışımları optimize edilmiştir. Elde edilen en yüksek biyogaz üretimini sağlayan karışım ile geliştirilen kesikli beslemeli karıştırmalı tank reaktöründe işletme parametrelerinin optimizasyonu gerçekleştirilmiştir. Deneme verilerinden yararlanılarak farklı işletme koşullarının simüle edildiği biyokimyasal model (ADM1) modifiye edilerek West simülasyon ortamında modellemeler gerçekleştirilmiştir. Son olarak güncel literatür ve sistem üreticilerinden alınan bilgiler ile tesis yatırımının ekonomik analizi gerçekleştirilmiştir. 
BMP testi sonuçlarına göre;
•	Çalışmada kullanılan SG nin ortalama metan üretim potansiyeli 0,189 Nm3 CH4/kg OKM,
•	GP nin ortalama metan üretim potansiyeli 0,115 Nm3 CH4/kg OKM
•	GP ve SG nin farklı oranlarda karışımından %25GP-75 SG olduğu karışımın en yüksek metan üretim değerlerine sahip olduğu (0,143 Nm3 CH4/kg OKM) belirlenmiştir. 

CSTR denemeleri bulgularına göre (50 L reaktör hacmi için);
•	HRT'nin 20 gün, OLR'nin 2,33 ve T'nin 35°C olduğu işletme koşullarında sürekli beslemeli durgun durumda günlük metan üretiminin 16,78 ± 0,59 LN CH4 /gün değerlerine ulaştığı;
•	Aynı koşullarda sıcaklığın 40°C ye ulaştığında günlük gaz üretiminin 21,25 ± 1,76 LN CH4 /gün değerinde olduğu,
•	35°C de OLR oranı 2 katına çıkarıldığında reaktörden elde edilen biyogaz üretiminin 26,95± 2,01 LN CH4/gün değerine ulaştığı, aynı zamanda bu durumda reaktöre seri bağlı olarak bulunan ikinci reaktörde biyogaz üretiminin ilave olarak 12,50± 2,04 LN CH4/gün biyogaz üretim değerini sağladığı,
•	İşletme sıcaklığı 50 ve 55°C'ye yükseltildiğinde biyogaz üretim işleminin stabilitesinin kaybolduğu belirlenmiştir. 
•	
ADM1 modeli simülasyonları incelendiğinde; 
•	Modelin 35°C sıcaklıkta işletilen reaktörler için uyum gösterdiği (p-değeri), ancak yüksek işletme sıcaklıklarında modelin deney sonuçlarını tahminde yetersiz kaldığı belirlenmiştir. 
•	
Ekonomik analiz sonuçları değerlendirildiğinde; 
•	Reaktör hacminin 2000 m3, iletme sıcaklığı T'nin 35°C, OLR'nin 2,33 ve HRT'nin 16,67 koşullarında tesis kapasitesi 250 kW olarak hesaplanmış ancak ekonomik olarak fizibil bulunmamıştır. 
•	Buna karşın hammadde miktarının 2 katına çıkarılması ile tesis kapasitesinini 500 kW olması ile birlikte yatırım iç karlılık oranı değeri %14 ve basit indirgenmemiş geri dönüş süresi 6 yıl olarak hesaplanmıştır.

Abstract:
In this thesis, optimization of some factors affecting the biogas production from rose oil processing wastes (ROPW) was aimed. For this purpose, firstly mixtures of raw material were optimized. The mixture with cow manure (CM) which resulted in the highest biogas yield were then tested for process parameters in lab-scale semi continously fed stirred tank reactors. Based on experimental results, ADM1 simulation model was developed to model diffrerent operational parameters. Simulation environment was West software. Finally, economical parameters of such biogas plant based on literature and equipment vendors' price were introduced. 
According to the results of the BMP tests; 
•	Methane production value of CM was 0,189 Nm3 CH4/kg OKM,
•	Highest methane production from the ROPW:CM mixture was determined as 25%:75% mixture with the resuting value of 0,143 Nm3 CH4/kg OKM

According to the CSTR tests (reactor volume is 50 L); 
•	For the operational conditions of HRT:20 days, OLR:2,33 and T:35°C at steady state conditions. Daily methane production was determined as 16,78 ± 0,59 LN CH4 /day,
•	If the temperature is set up for 40°C at the above mentioned operation conditions, then daily biogas production increased to 21,25 ± 1,76 LN CH4 /day,
•	When the OLR doubled at 35 °C operating conditions; reactor produced 26,95±2,01 LN CH4 /day biogas. If a secondary fermenter placed after that reactor, it has been shown that additional 12,50± 2,04 LN CH4 /day biogas, 
•	When the operating temperature increased to 50 or 55 °C, stability of process is disturbed. 
According to the results of ADM1 simulation; 
•	Model statistically predicts the overall methane production confirmed by p-value test only for reactors operated at 35°C. When the operating temperature set at 50 or 55°C, model failed to predict experimental values. 
According to the results of economic analyses;
•	Reactor volume is 2000 m3, T is 35°C, OLR is 2.33 and HRT is 16.67, then plant capacity is calculated as 250 kW, but still not feasible. 
•	But if the amount of input substrate doubled; then plant capacity becomes 5000 kW, and economic parameters calculated as internal rate of return: 14% and simple payback time is 6 years.