Sivas yöresinden elde edilen sığır gübresinden biyogaz üretiminde ön işlemlerin biyogaz verimine etkisinin araştırılması
Investigation of pretreatments on the production efficiency of biogas produced with cattle manure obtained from Sivas region
Yazar: AYHAN YILMAZ
Danışman: PROF. DR. ÜNSAL AÇIKEL
Cumhuriyet Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Biyogaz = Biogas ; Sivas = Sivas ; Sığır gübresi = Cattle manure ; Ön işlem = Pretreatment

Özet:
Bu çalışmada Sivas ilinden temin edilen taze sığır gübresinden anaerobik koşullarda biyogaz üretimi incelenmiştir. Sığır gübresinden biyogaz üretim hızını artırmak için termal ve asit- baz önişlem uygulamaları yapılmıştır. Herhangi bir önişlem uygulanmadan fermentasyon ortamında sığır gübresi biyogaz üretim hızı 150,3 ml/g KM olarak bulunmuştur. Termal ön işlemler 25, 80, 100, 120, 150 ve 180 °C'de 60 dakika sürelerde uygulanmıştır. Termal ön işlem uygulandığında en yüksek biyogaz üretim hızı, 150 °C'de 282,6 ml/g KM değerinde bulunmuştur. Sıcaklığın 150 oC ye yükseltilmesiyle biyogaz üretim hızı normal koşula göre % 88,02 oranında artış göstermiştir. Deneysel çalışmaların sonraki aşamasında sığır gübresine asidik (% 15'lik H2SO4 ve kütlece % 15'lik HNO3) ve bazik (8N KOH ve 8N NaOH) ve ön işlemler uygulanmıştır. Reaktöre asit ve baz miktarı reaktörde bulunan katı madde oranının kütlece %5, % 10, % 20 ve % 30'u kadar eklenmiştir. Asit ve baz içeren ortamların etkisi normal koşul ile kıyaslandığında, hepsinin de ortamda % 20 bulunduğu durumda en yüksek biyogaz üretim hızı verdiği görülmüştür. Asit ve baz ortamlar içinde en yüksek biyogaz üretim hızı % 20 KOH içeren ortamda 235,7 mL/g KM olarak bulunmuştur. Bu değer biyogaz üretim hızında normal koşul ortamına göre % 56,82 lik bir artışı göstermektedir. Deneysel çalışmaların son kısmında termal ve asit-baz etkisinin biyogaz üretim hızına etkisi beraber incelenmiştir. Asit ve bazların en yüksek biyogaz üretim hızı verdiği % 20 oranında asit-baz içeren ortamda 25, 80, 100, 120, 150 ve 180 °C sıcaklıklarında deneyler yapılmıştır. Bu deneylerde en yüksek biyogaz üretim hızı 150 oC de % 20 KOH içeren ortamda 320,2 mL/g KM olarak bulunmuştur. Bu değer biyogaz üretim hızında normal koşul ortamına göre % 113,04 lük bir artışı göstermektedir. Bütün deneysel sonuçlar biyogaz üretim hızını termal ve asit-baz etkisinin önemli oranda artırdığını göstermektedir.

Abstract:
This thesis focused on the production of biogas through the fresh cattle manure obtained from Sivas province under anaerobic conditions. Thermal- and acid-based pretreatment applications were performed to increase the cattle manure's biogas production rate. The biogas production rate of cattle manure was found to be 150.3 ml/g KM in the fermentation medium without any  retreatment. Thermal pretreatment operations were conducted at 25, 80, 100, 120, 150, and 180 °C for 60 minutes. In the case of the thermal pretreatment, the highest biogas production rate was found to be 282.6 ml/g DM at 150 °C. When the temperature was soared up 150 °C, the biogas production rate increased by 88.02% compared to the normal condition.
In the next stage of the experimental studies, the cattle manure was pretreated with acidic (15% H2SO4 and 15% by mass HNO3) and primary (8N KOH and 8N NaOH). The amount of acid and base was added to the reactor as 5%, 10%, 20%, and 30% by mass of the solid matter in the reactor. When the effect of the aqueous phase containing acid and base is compared with the normal condition, it has been observed that the aqueous medium containing acid and base of 20% gives the highest biogas production rate. Among acid and base solutions, the one containing 20% KOH yielded the highest biogas production rate of 235.7 mL/g DM. This value corresponds to an increase of 56.82% in the biogas production rate compared to the environment with normal conditions.
In the last part of the experimental studies, the effects of thermal and acid-base solution on the biogas production rate were examined together. The experiments were carried out at temperatures of 25, 80, 100, 120, 150, and 180 °C in mediums containing 20% acid-base, where acids and bases give the highest biogas production rate. The DM value of 320.2 mL/g, which is the highest biogas value, was obtained in the alkali solution containing 20% KOH at 150 oC. This value corresponds to an increase of 113.04% in the biogas production rate compared to those of the aqueous medium with normal conditions. To sum up, all experimental results indicate that thermal and acid-base effects significantly increase the biogas production rate.