Biyokimyasal metan potansiyeli esaslı modelleme ve istatistiksel analiz çalışmaları
Modeling and statistical analysis studies based on biochemical methane potential
Yazar: SERRA ÖZMAN
Danışman: PROF. DR. KAAN YETİLMEZSOY
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Çevre Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Biyokimyasal metan potansiyeli (BMP), spesifik besi maddelerinin biyometanizasyon verimliliğinin ve havasız arıtmaya uygunluğunun tespiti açısından önemli bir deneysel çalışmadır. Biyogaz tesisi projelendirmesi yapılırken fizibilite çalışmalarında bu test kapsamında elde edilen deneysel veriler ve modelleme sonuçları kullanılarak proje detaylandırılması yapılmaktadır. Bu çalışmada, yedi farklı agro-endüstriyel atıksu (peyniraltı, mezbaha, balık işleme, tavuk gübresi, tüketim süresi geçmiş hayvan gıdası (köpek maması), bisküvi ve sebze) kullanılmış ve pH, kimyasal oksijen ihtiyacı (KOİ), çözünmüş kimyasal oksijen ihtiyacı (ÇKOİ), amonyak azotu, alkalinite, orto-fosfat, uçucu askıda katı madde (UAKM) parametreleri açısından karakterize edilmiştir. Deneysel sonuçlar, en yüksek KOİ değerlerinin peyniraltı, sebze ve balık işleme atıksuları için sırasıyla 96145 mg/L, 53165 mg/L ve 51300 mg/L değerlerinde olduğunu göstermiştir. Çalışmada, substrat kaynağı olarak kullanılan yedi farklı agro-endüstriyel atıksu türü için BMP testi kapsamında belirlenen normalize kümülatif metan üretimleri; balık işleme atıksuyu (702.81 mL CH4/g UKM, t = 105 gün) > tavuk gübresi atıksuyu (638.52 mL CH4/g UKM, t = 80 gün) > peyniraltı atıksuyu (539.69 mL CH4/g UKM, t = 112 gün) > köpek maması atıksuyu (424.92 mL CH4/g UKM, t = 106 gün) >mezbaha atıksuyu (397.75 mL CH4/g UKM, t = 113 gün) > sebze atıksuyu (381.65 mL CH4/g UKM, t = 61 gün) > bisküvi atıksuyu (348.37 mL CH4/g UKM, t = 85 gün) sıralamasını vermiş olup, incelenen besi maddelerinin metan üretimi açısından aktif substrat kaynakları olarak kullanılabileceği belirlenmiştir. Mevcut agro-endüstriyel substratların biyobozunurluk sürecini en iyi temsil eden model yapısı ve kinetik parametreler bir "hibrid programlama stratejisi" kapsamında yedi farklı kinetik model (modifiye Gompertz denklemi, transfer fonksiyonu (reaksiyon eğrisi tipi) modeli, lojistik fonksiyon, Monod tipi modeli, iki fazlı üstel ilişki modeli, birinci dereceden model, Chen-Hashimoto modeli) kullanılarak araştırılmıştır. Bu çalışmadan elde edilen bulgular ile ilgili besi maddelerinin biyometanizasyonuna yönelik BMP esaslı literatür boşluğunun doldurulması ve mevcut substrat kaynaklarını kullanacak biyogaz üretim tesislerine katkı sağlanması hedeflenmiştir.

Abstract:
Biochemical methane potential (BMP) is an important experimental study for determination of the biomethanization efficiency and suitability of specific substrates for the anaerobic treatment. While projecting the biogas plant, the design is detailed using the experimental data and modeling results obtained within the scope of this test. In this study, seven different agro-industrial wastewater (whey wastewater, slaughterhouse wastewater, fish processing wastewater, poultry manure wastewater, expired animal food (dog food) wastewater, biscuits wastewater, and vegetable wastewater) were used, and pH, chemical oxygen demand (COD), dissolved chemical oxygen demand, ammonia nitrogen, alkalinity, ortho-phosphate, and volatile suspended solid parameters were characterized. In the present study, the order of the normalized cumulative methane productions determined within the scope of BMP test for seven different types of agro-industrial wastewater used as substrate source has been obtained as follows: fish processing wastewater (702.81 mL CH4/g VS, t = 105 days)> poultry manure wastewater (638.52 mL CH4/g VS, t = 80 days) > whey wastewater (539.69 mL CH4 / g VSS, t = 112 days)> dog food wastewater (424.92 CH4/g VS, t = 106 days) > slaughterhouse wastewater (397.75 mL CH4/g VS, t = 113 days) > vegetable wastewater (381.65 CH4/g VS, t = 61 days) > biscuit wastewater (348.37 CH4/g VS, t = 85 days) and it has been determined that the inspected substances can be used as active substrate sources for the methane production. The model structure and kinetic parameters that best represent the biodegradability process of existing agro-industrial substrates were investigated using seven different kinetic models within the scope of a comprehensive "hybrid programming strategy". With the findings obtained from this study, it is aimed to fulfill the BMP-based literature gap for the biomethanization of nutrients and contribute to biogas production facilities that will use existing substrate resources.