Çoklu besiyeri anaerobik çamur çürütmenin biyogaz eldesine etkisinin belirlenmesi
Determination of the effect of multiple feedstock on biogas production in anaerobic sludge digestion
Yazar: FATMANUR SARIKAYA
Danışman: PROF. DR. DİLEK ERDİRENÇELEBİ
Konya Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology ; Enerji = Energy ; Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Bu yüksek lisans çalışmasında, kış mevsimi pazaryeri atıklarının (meyve (MA) ve sebze (SA) atıkları (MSA)) ilavesi ile anaerobik çamur çürütücülerin proses performansı ve stabilize çamur kalitesi üzerindeki etkisinin ayrık ve birleşik çürütme sistemi için araştırılması amaçlanmıştır. Bu amaç doğrultusunda primer (PÇ), sekonder (SÇ) ve karışık (KÇ) çamurların sırasıyla 1,65, 0,40 ve 1,0 kg UKM/m3.gün organik yükleme hızlarında (OYH), 20 günlük hidrolik bekleme süresinde (HBS) ve 35°C sıcaklıkta çoklu çürütme prosesi lab-ölçekli yarı-sürekli reaktörlerde yürütülmüştür. Öğütülmüş MA, SA veya MSA, PÇ, SÇ ve KÇ yanında çoklu besiyeri olarak farklı bileşim ve oranlarda beslenmiş ve her çamur için kontrol reaktörleri ile paralel olarak izlenmiştir. Reaktörlerden elde edilen optimum spesifik metan üretim (SMÜ) değerleri kontrol reaktörüne kıyasla PÇ ve KÇ için 0,33 g UKM-SA/L.gün OYH'nda sırasıyla %12 ve 5 ve SÇ için 0,44 g UKM-SA/L.gün'de %55 daha yüksek seviyede gerçekleşmiştir. Günlük metan üretimine katkı SA ile PÇ, KÇ ve SÇ için sırasıyla % 34, 67 ve >100 seviyesinde artış olarak gerçekleşmiştir. MA ile çürütmede SMÜ'nde artış PÇ ve SÇ için sırasıyla %5 ve%26 olarak 0,84 g UKM-MA/L.gün OYH'de gerçekleşmiştir. Günlük metan üretimine katkı, 1,68 g UKM-MA/L.gün OYH'nda PÇ, SÇ ve KÇ için sırasıyla 1105±80, 1005±40 ve 1050±90 mL/gün olarak benzer seviyelerde elde edilmiştir. Sonuçlar SA'nın çoklu besiyeri anaerobik çamur çürütmesindeki ayrışabilirliğinin daha yüksek olduğunu göstermiştir. MA ve SA için ortalama SMÜ değerleri sırasıyla 690±110 ve 905±150 mL CH4/g UKMbeslenen.gün olarak elde edilmiştir. Çoklu anaerobik çamur çürütme proses performansındaki en yüksek artış OYH 1,68 g UKM-MA/L.gün'de MA ve 1,17 g UKM-MSA/L.gün'de MSA ile SÇ çürütmesinde elde edilmiştir. SA'nın yüksek yüklemelerinde metanojenler üzerinde toksik etki oluştuğu için OYH bazında kısıtlı uygulanabilirlik şartı gerçekleşmiştir. UKM gideriminde SÇ için OYH 0,33 g UKM-SA/L.gün ile sadece %9 artış göstermiş ancak diğer çürütücüler için UKM birikimine sebep olmuştur. Çoklu besiyeri anaerobik çamur çürütme sonrası elde edilen stabilize çamurun tarımda kullanılması elektriksel iletkenlik (EC) açısından SÇ için kısıtlı uygulanabilirlik gösterirken, stabilize PÇ ve KÇ için ise yüksek EC değerleri elde edilmiştir. Ortalama N ve P değerleri stabilize PÇ, SÇ ve KÇ numunelerinde sırasıyla 111, 363 ve 202 mg N/g TKM ve 15, 57 ve 26 mg P/g TKM aralığında elde edilmiştir. Sonuç olarak MSA'nın arıtma çamurları ile çoklu anaerobik çürütülmesi stabilize çamurun iletkenliğini arttırırken metan geri kazanımını teşvik etmesi bakımından önemli bir potansiyel olduğunu kanıtlamıştır.

Abstract:
In the present graduate study, it is aimed to investigate the effect of winter marketplace wastes (fruit (FW) and vegetable (VW) wastes (FVW)) on the process performance and stabilized sludge quality in separate and combined anaerobic sewage sludge digestion system. For this purpose, co-digestion of primary (PS), secondary (SS) and mixed (MS) sludge fractions fed respectively at 1.65, 0.40 and 1.0 kg VS / m3.day volatile loading rates (VLR) was studied at a hydraulic retention time (HRT) of 20 day and 35°C temperature in lab-scale semi-continuous reactors. The grinded FW, VW or FVW were fed in different compositions and proportions as multiple feedstock to PS, SS and MS digestion with parallel control reactor monitoring. The optimum specific methane production (SMP) values obtained in co-digestion were 12 and 5% higher respectively in 0.33 g VS-VW/L.d for PS and MS with  55% surplus in SS digestion at 0.44 g VS-VW/L.d compared to the control reactors. The increase in daily methane production was obtained at 34, 67 and higher than 100% in PS, MS and SS co-digestion with VW, respectively. In FW co-digestion, 5 and 26% increase were obtained in SMP at 0.84 g VS-FW/L.d in PS and SS co-digestion. The effect on daily methane production proceeded at similar levels as 1105±80, 1005±40 and 1050±90 mL/d for PS, SS and MS co-digestion, respectively, at VLR of 1.68 g VS-FW/L.d. Results indicated a higher biodegradability on the VS base for VW. Average SMP values for FW and VW digestion were obtained as 690±100 and 905±150 mL CH4/g VSfed.d, respectively. The highest increase in digestion performance was obtained in SS co-digestion at VLRs 1.68 g VS-FW/L.d and 1.17 g VS-FVW/L.d. VW addition produced a limited feasibility on VLR as high loading produced a toxic effect on methanogenesis. An increase in the VS removal was only obtained as 9% in SS co-digestion at 0.33 g VS-VW/L.d whereas VS accumulation took place in other digesters. Stabilized SS showed a limited feasibility towards use in agriculture with electrical conductivity (EC) level whereas higher EC values were obtained in stabilized PS and MS samples. Average N and P contents were determined as 111, 363 and 202 mg N/g dry solid and 15, 57 and 26 mg P/g dry solid for PS, SS and MS, respectively. Consequently, anaerobic sewage sludge co-digestion with FVW proved a considerable potential in promoting the methane recovery while it increased EC in the stabilized sludge.