Yöresel hayvansal atıklardan (sığır ve tavuk gübresi), şehir şebeke suyu arıtma çamuru ve şehir katı atık sızıntı sularından mikrodalga önişlemi yardımıyla anaerobik eş-sindirimle biyogaz üretiminde deneysel parametrelerin optimizasyonu
The optimization of experimental parameters in the biogas production by anaerobic co-digestion of regional animal wastes (cow and chiken manure), municipal water treatment plant sludge and municipal landfill leacheate via microwave pre-treatment
Yazar: KORAY GÜNAY
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ZEHRA GÜLTEN YALÇIN
Çankırı Karatekin Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Enerji = Energy ; Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Alternatif enerji = Alternative energy ; Alternatif enerji kaynakları = Alternative energy resources ; Bakteriler-anaerobik = Bacteria-anaerobic ; Biyogaz = Biogas ; Biyogaz sistemleri = Biogas systems ; Biyokütle enerjisi = Biomass energy ; Sürdürülebilir enerji = Sustainable energy ; Yenilenebilir enerji = Renewable energy ; Yenilenebilir enerji kaynakları = Renewable energy resources

Özet:
Yenilenebilir enerji kaynaklarından biri, organik maddelerin anaerobik sindirim işleminin bir sonucu olan biyogaz (metan) dır. Yöresel hayvansal atıklardan (sığır ve tavuk gübresi), şehir şebeke suyu arıtma çamuru ve şehir katı atık sızıntı suları gibi hammadde kaynakları, C/N oranları belirlenip literatürde önerilen karışım oranları ile birlikte pH, sıcaklık, hidrolik tutulma süresi, organik yükleme oranı, alkalilik ve uçucu yağ asitliği gibi parametreler dikkate alınarak karıştırılmıştır. Karışım, 900 mL'si aktif kullanılan 1000 mL hacimli çift cidarlı cam reaktörde (batch tipi anaerobik sindirim ünitesi) mezofilik şartlar (35±1 °C) sunan bir su banyosu sirkülatörüne bağlanmıştır. Cam reaktöre, hava sızdırmaz şekilde 40 rpm'de çalışan bir mekanik karıştırıcı monte edilmiştir. Reaktör fermantasyona bırakılmadan önce sisteme 5 bar basıçta 2 dakika süre ile azot gazı basılmış ve oksijen sistemden uzaklaştırılarak anaerobik şartlar sağlanmıştır. Deneylerde 2, 4, 8, 12 ve 24 saat süresince elde edilen biyogazın kompozisyonu Metan (CH4), Karbondioksit (CO2), Oksijen (O2), Hidrojen (H2) ve Hidrojen Sülfür (H2S) olmuş ve Metan (CH4) oranı 24 saatlik eş-sindirim süresinde %86 olarak belirlenmiştir. En yüksek metan üretim hızı ilk 8 saatlik sürede gözlenmiş, söz konusu organik atıklarla metan (biyogaz) üretiminin mümkün olduğu belirlenmiştir. RSM (Response Surface Methodology) yöntemi kullanılarak söz konusu organik atıklar ve süre değişkenlerinin metan gazı oluşumuna etkisi incelenmiştir. Anaerobik eş-sindirim sonrası reaktörde kalan bulamaç, fermente gübre olarak adlandırılmaktadır. Fermente gübrenin ve Çankırı yöresi Eldivan ilçesi tarım toprağının kimyasal analizleri (pH, elementel bileşimi gibi) yapılarak tarımsal üretimdeki durumu incelendiğinde, fermente gübrenin 7,57 pH değeri ile tarım toprağı (ort. pH 8,033) ile yakın bir değer taşıdığı; ayrıca içerdiği %4,49 hümik fümik asit ile tarım topraklarının organik maddelerce zenginleştirilmesinde kullanılabileceği değerlendirilmektedir.

Abstract:
One of these renewable energy sources is biogas which is the result of anaerobic digestion of organic substances. Wastes like regional animal wastes (cow manure and chicken manure), municipal water treatment plant sludge and municipal landfill leachate were made into a mixture according to the literature taking into account parameters (pH, temperature, hydraulic retention time, organic loading rate, alkalinity and volatility fatty acids). The mixture in the reactor (type of batch digestion unit) with a volume of 1000 mL (900 mL is used actively) was connected to the water bath (water circulator) for the mesophilic conditions (35±1 °C temperature). Providing air-tight the mechanic mixer working at 40 rpm that was connected to the glass reactor. Before the fermentation 5 bar nitrogen gas was pressurized to the system for 2 minutes so as to provide oxygen-free media The composition of the biogas obtained during 2, 4, 8, 12 and 24 hours in the experiments that were determined as Methane (CH4), Carbon Dioxide (CO2), Oxygen (O2), Hydrogen (H2) and Hydrogen Sulfide (H2S) and the ratio of the biogas was 86% during the 24 hours co-digestion period. The highest methane production rate was achieved in the first 8 hours, and it was determined that methane (biogas) production was possible via anaerobic co-digestion from organic wastes. By using the RSM method, the effect of the mentioned organic wastes and time variables on the formation of methane gas was investigated. The slurry remaining in the reactor after anaerobic co-digestion is called fermented fertilizer. Chemical analyzes (such as pH, and elemental composition) of fermented fertilizer and the agricultural soils of Çankırı Province, Eldivan district was conducted and the usage of remaining slurry as fermented fertilizer in agricultural soils is possible due to having a close pH 7,57 value to the pH value (8,033) of the agricultural soils and 4,49 % content of fumic asid that enriches the agicultural soils with organic substances.