Yoğunlaştırılmış güneş kolektörleri ile zeytin karasuyunun bertarafının incelenmesi
Olive oil mill wastewater treatment with parabolic trough collectors
Yazar: ÖZEL BİNBOĞA
Danışman: DOÇ. DR. MUSTAFA ZEKİ YILMAZOĞLU
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Atık su arıtma sistemleri = Waste water treatment systems ; Güneş enerjisi sistemleri = Solar energy systems ; Yenilenebilir enerji kaynakları = Renewable energy resources ; Zeytin karasuyu = Olive waste water

Özet:
Zeytin karasuyu, zeytinyağı üretiminin bir yan ürünüdür ve tahammül edilemeyen kokusu, yeraltı su kaynaklarına karışma riski, tarım toprağının tahribata uğratması vb. nedenlerden dolayı bertaraf edilmelidir. Bu çalışmada, zeytin karasuyunun buharlaşma oranını arttırmak için, bir iş akışkanının parabolik oluk tipi güneş kolektörü ve atık suyun depolandığı bir lagünün içinden sirküle edildiği düşünülmüştür. Geleneksel yaklaşımda, atık suyun doğal olarak buharlaşması beklenir. Ancak zeytinyağı üretimi genellikle kış aylarında yapıldığı ve yağış miktarında artış olduğu için, zeytin karasuyu yeraltı sularına karışmaktadır. Sistemin tasarımı ve ekonomik yaklaşımda, parabolik oluk tipi kolektörler ile güneşli kış günlerinde direkt radyasyon avantajı kullanılarak, buharlaşma miktarını arttırmak göz önünde bulundurulmuştur. Çalışmada, güneş kolektöründe ısıtılan iş akışkanının lagüne girmesi ve ısısını aktararak karasuyun buharlaşma oranını arttırması planlanmıştır. Model, MATLAB Simulink kodları kullanılarak simüle edilmiştir. Farklı kolektör türlerinin iş akışkanı üzerindeki sıcaklık etkisi, lagün alanının ve lagün alandaki ısı transfer katsayısının buharlaşma miktarına etkisi incelenmiştir. Sonuç olarak, iş akışkanı en yüksek sıcaklığa model 3'de, ardından sırasıyla model 1 ve model 2'de ulaştığı görülmüştür. 3. ve 2. modeller arasında en yüksek sıcaklık farkı 27,3 0C olarak elde edilmiştir. Lagün alanı 225 m2, 400 m2, 625 m2 olarak simüle edilmiş olup, lagün sıcaklığının ulaştığı en yüksek değer sırasıyla; 55,2 0C; 48,4 0C; 44,4 0C. Lagünün ısı transfer katsayısı 20, 60, 90 W/m2K'de simüle edilmiş olup, lagün sıcaklıkları arasında majör farklar görülmemiştir. Buharlaşma sonrası kalan karasu miktarı dikkate alındığında, bu sistemin büyük lagünlerde ve 3 numaralı modeldeki gibi kolektör yapısıyla kullanıldığında daha verimli olacağı görülmektedir. Teknik fizibilitenin yanında, farklı yatırım senaryoları için ekonomik analiz yapılmıştır. Ekonomik analizde güneş enerji sisteminin zeytinyağı üretim tesisinde kalıcı/entegre olarak kurulması seçeneği ve güneş enerji sisteminin kiralama yoluyla kullanılması üzerinde durulmuştur. Kiralama modelinde, 3. firmadan hizmet alınması durumu mevcuttur ve ilk yatırım maliyeti buna göre incelenmiştir.

Abstract:
Olive oil mill wastewater is a byproduct of olive oil production and must be disposed of due to its intolerable odor, risk of mixing groundwater sources, destruction of agricultural soil, etc. In this study, it is thought to circulate the working fluid through the parabolic trough type solar collector and a lagoon where the wastewater is stored to increase the evaporation rate of the olive oil mill wastewater. In the conventional approach, the wastewater is expected to evaporate naturally. However, olive oil production is generally carried out in the winter months, and the increase in the amount of precipitation and the mixing of olive wastewater with groundwater occurs. System design and economic approach are developed to increase the amount of evaporation by using the advantage of direct radiation on sunny winter days with parabolic trough type collectors. It is planned that the working fluid, which is heated in the solar collector, will flow into the lagoon and transferred its heat to increase the evaporation rate of the wastewater. The model was simulated using MATLAB Simulink code. The effect of different types of collectors on the working fluid, the evaporation effect of the lagoon area, and the lagoon area heat transfer coefficient were investigated. As a result, the working fluid reached the highest temperature (boiling temperature) in the model 3, then in model 1 and model 2, respectively. The highest temperature difference was obtained to be 27,3 C between the 3rd and 2nd models. The lagoon area is simulated as 225 m2, 400 m2, 625 m2, and the highest value reached by the lagoon temperature is respectively; 55,2 0C, 48,4 0C, and 44,4 0C. The lagoon heat transfer coefficient is simulated at 20, 60, 90 W/m2K, and there is no major differences were seen between the lagoons. Considering the amount of the wastewater after evaporation, it is observed that this system would be more efficient when used in large lagoons and with a collector structure as in model 3. In addition to the technical feasibility, an economic analysis is carried out for different investment scenarios. In the economic analysis, the option of permanently installing the solar energy system in the olive oil production facility and the leasing of the solar energy system are discussed. In the leasing model, the case of receiving the initial cost from a 3rd party service provider is examined.