İnek, at, deve gübresi ve mısır silajından biyogaz üretimi
Biogas production from cow, horse, camel manures and maize silage
Yazar: NURLAN AKHMETOV
Danışman: PROF. DR. İRFAN AR
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Bilimleri Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Bu çalışmada inek, at, deve gübresi ve mısır silajından anaerobik sindirim sisteminde biyogaz üretimi araştırılmıştır. Deneyler laboratuvar ortamında 0,5 L kapasiteli biyoreaktörlerde, kesikli anaerobik sindirim yöntemi ile gerçekleştirilmiştir. Deneyler mezofilik sıcaklık (37±2°C) koşullarında, 32 gün boyunca yürütülmüştür. Sistemin pH değeri biyogaz üretimi için uygun (6,8-7,8) aralıkta tutulmuştur. Deneyde 3 farklı toplam katı madde (TKM) oranı, 3 farklı aşılama oranı (AO) ve 3 farklı substrat karışım (SKO) oranı uygulanan 15 adet biyoreaktör çalıştırılmıştır. Deney sonunda en yüksek biyogaz verimi 494 mL/gUKM ile TKM oranı %8, AO oranı %30 ve SKO (i45/a25/d25/s5) olan C4 uygulamasında elde edilmiştir. Elde edilen deney sonuçlarının istatistiksel değerlendirilmesi "Minitab-21.1.1.0" programı ile sağlanmıştır. Optimizasyon çalışması için cevap yüzey yönteminde (CYY) Box-Behnken deneysel tasarımı kullanılmıştır. Varyans analizinde (ANOVA) R2 değerleri kümülatif biyogaz üretimi, biyogaz verimi, metan oranı ve UKM giderimi için sırasıyla %98,29, %94,72, %91,02 ve %98,41 olarak elde edilmiştir. CYY sonuçlarına göre optimum koşullar TKM,  SKO ve AO için %8, 1,87 ve %26,97 şeklinde bulunmuş ve bu koşullarda kümülatif biyogaz üretimi 5000,31 mL, biyogaz verimi 456,79 mL/gUKM, metan oranı %59 ve UKM giderimi %58,07 olarak gerçekleşmiştir. Çalışmanın ikinci bölümünde laboratuvar ölçekli kesikli anaerobik sindirim sisteminde belirlenen en yüksek biyogaz verimine sahip optimum karışım (%8 TKM, SKO (i45/a25/d25/s5) ve %30 AO) 13,25 litre kapasiteli biyoreaktörde aynı şartlar altında yarı-kesikli anaerobik sindirim yöntemi ile gerçekleştirilmiştir. Biyoreaktör 50 gün çalıştırılmıştır. En yüksek biyogaz verimi 2,31 L/gUKM olarak belirlenmiştir. Kümülatif biyogaz üretimi 312,74 L ve en yüksek metan oranı ise % 63 olduğu tespit edilmiştir.

Abstract:
In this study, biogas production in the anaerobic digestion system from cow, horse, camel manures and maize silage was investigated. The experiments were carried out in the laboratory in bioreactors with a capacity of 0,5 L with the method of batch anaerobic digestion. The experiments were conducted under mesophilic temperature conditions (37±2°C) for 32 days. The pH value of the system was kept in the range suitable for biogas production (6,8-7,8). In the experiment, 15 bioreactors were operated with 3 different total solids (TS) ratios, 3 different wastewater treatment sludge (WTS) ratios and 3 different substrate mixture (SMR) ratios. At the end of the experiment, the highest biogas yield was obtained in C4 application with 494 mL/gVS and TS rate of 8%, WTS rate of 30% and SMR (i45/a25/d25/s5). The results of the experiment were statistically evaluated with the "MiniTab 21.1.1.0." package program. Box-Behnken experimental design was used in the response surface method (RSM) for the optimization study. In the analysis of variance (ANOVA), R2 values were obtained as 98,29%, 94,72%, 91,02% and  98,41% for  cumulative biogas production, biogas yield, methane ratio and VS removal, respectively. According to the RSM results, optimum conditions were found to be 8%, 1,87% and 26,97% for TS, SMR and WTS, and under these conditions, cumulative biogas production was 5000,31 mL, biogas yield was 456,79 mL/gVS, methane rate was 59% and VS removal was 58,07%. In the second part of the study, the optimum mixture with the highest biogas yield determined in the laboratory-scale batch anaerobic digestive system (8% TS, SMR (i45/a25/d25/s5) and 30% WTS) was performed by fed semi-batch anaerobic digestion method under the same conditions in a bioreactor with a capacity of 13,25 liters. The bioreactor was operated for 50 days. The highest biogas yield was determined as 2,31 L/gVS. Cumulative biogas production was 312,74 L and the highest methane rate was 63%.