Anaerobik biyogaz reaktör çıkış suyundan özel biyoreaktör konfigürasyonu ile enerji geri kazanımı
Energy recovery with spesific bioreactor configuration from anaerobic biogas reactor's effluent
Yazar: GÜLİZAR ÇALIŞKAN
Danışman: PROF. DR. NURİ AZBAR
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Bilim ve Teknoloji = Science and Technology ; Biyomühendislik = Bioengineering ; Biyoteknoloji = Biotechnology

Özet:
Atık yönetiminde önemli bir proses olan anaerobik biyoteknoloji yöntemiyle biyogaz üretimi ekolojik ve ekonomik avantajlar sunmaktadır. Yukarı akışlı anaerobik çamur yatağı (UASB) reaktörleri de anaerobik proseslerde yüksek yükleme hızlarinda başarılı bir şekilde çalıştırılan sistemlerdir. Özellikle tarımsal atıklar, küçük-büyük baş hayvan atıkları, kanatlı sektör gübre atıkları gibi yüksek kuru maddeli organik madde beslemelerinin yapıldığı geleneksel biyogaz sistemlerinde çıkış suyunda çok yüksek oranda Kimyasal Oksijen İhtiyacı (KOİ) bulunmaktadır. Bu bakiye KOİ aslında içerisinde yüksek oranda değerli biyoenerji barındırmaktadır. Bu tez çalışması kapsamında entegre bakış açısı ile birim substrattan maksimum enerji geri kazanımını sağlamak amacıyla özel bir biyoreaktör konfigürasyonu (UASB) kullanılarak, bu bakiye organik zenginliğin biyometan olarak geri kazanımı ve çıkış suyunun kalitesinin daha da iyileştirilmesi hedeflenmiştir. Bu amaçla %10 kuru madde içerikli mezofilik şartlarda çalıştırılan tek kademeli reaktör sonrası çıkış suyu önerildiği şekli ile tavuk atıklarıyla henüz uygulanmayan 300 mL ve 4 L'lik UASB biyoreaktör sistemine farklı HRT (Hidrolik bekleme süresi) ve OLR (Organik yükleme hızı) koşullarında beslenmiştir. Tek kademeli sisteme göre daha yüksek %CH4 içeriği (%80) yanı sıra biyogaz üretimi (0.7 m3biyogaz/kgKOİgiderim) de gözlenmiş, %98'lere varan KOİ giderimi ölçülmüştür. Tespit edilen yüksek amonyak toksisitesi ile düşen biyogaz üretimi de reaktörün süt ile yıkanması ile başarılı bir şekilde yeniden sürece dahil edilmiştir. Ayrıca bu yaklaşımla bu ekonomik değer tekrar geriye kazandırılmış ve çıkış suyu kalitesi de önemli oranda iyileştirilmiştir.

Abstract:
The use of anaerobic biotechnology for biogas production, which is an important process in waste management, offers both economic and ecological benefits. Accordingly, UASB reactors are systems that can be successfully used in anaerobic processes with high loading rates. Conventional biogas systems, in particular, the ones which are fed with waste materials including high dry matter content such as agricultural wastes, cattle manure, poultry wastes, have very high Chemical Oxygen Demand (COD) concentrate in the effluents. The high COD of the surplus has a high ratio of bioenergy content. In this study, a special bioreactor configuration with an integrated perspective was used in order to obtain maximum energy recovery from unit substrate, and the surplus that was rich in organic content was aimed to be recovered as bio methane by also enhancing the quality of the effluent. For these purposes, the effluent from the one stage bioreactor including 10% dry matter content, was operated under mesophilic conditions, in order to be used with the suggested chicken manure system. 300 mL and 4 L UASB bioreactors which were not tested before with chicken manure, were used with different Hydraulic Retention Time and Organic Loading Rate conditions and fed with this effluent. UASB reactors resulted in higher CH4% content (80%) and biogas production (0.7 m3biogas/kgCODremoval) then the one stage bioreactor system. Also up to 98% of COD removal was detected. Following the increase in ammonia concentration causing a decrease in biogas production, the reactor was fed with milk. As a result, the reactor was able to recover and successfully restarted producing biogas. In addition, the economic value of the reactor was regained with this approach and the effluent quality was enhanced significantly.