Şanlıurfa atık su arıtma tesisinde üretilen biyogazın belirlenmesi ve kojenerasyon sisteminde enerji verimliliğinin araştırılması
Determination of biogas production at Şanlıurfa waste water treatment facility and investigation of energy efficiency in the cogeneration system
Yazar: MUHAMMED ZÜBEYR BOYACI
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ YUSUF IŞIKER ; DR. ÖĞR. ÜYESİ ABDULKADİR AYANOĞLU
Harran Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Dünyadaki insan sayısında artış ile beraber aşırı tüketim meydana gelmektedir.  Bu nedenle hem çevrede hem de endüstriyel atıkların artışıyla beraber bunların geri dönüşümüne çok büyük ihtiyaç duyulmaktadır. 2014 yılında Akçamescit Köyü Mevkiinde, Şanlıurfa Büyükşehir Belediyesi Su ve Kanal İdaresi (ŞUSKİ) Genel Müdürlüğü Merkez Atıksu Arıtma Tesisi (MAAT) bünyesinde, iki adet biyogaz motorlu olan kojenerasyonlu ünitesi kurulmuştur. Bu ünitenin elektrik üretiminde ve su ısıtmasında kullanımının enerji verimlilik analizi yapılmıştır. Resmi Gazetede yayınlan değerlere uygun olarak, Karakoyun Deresine akıtılan ve 113 169 m3/gün debideki atık suyun, yapılan Laboratuvar ölçümleri neticesinde BOİ5 4.85 mg/l ve KOİ 33.45 mg/l ile AKM 5 mg/l, pH 7.13 ve sıcaklık değerinin 12.89 oC olduğu tespit edilmiştir. MWM marka TCG 2016 model V tipi 16 Silindirli biyogaz motoru 1500 rpm devrinde sabit çalıştırılıp, özellikle NOx değerlerinin 500 mg/Nm3 düşük olması sağlanmıştır. 800 kW gücündeki motorun elektrik verimliliği % 41.6, Isıl verimliliği % 46.3, ve Özgül yakıt tüketimi 180 g/kWh olarak ölçülmüştür. Emisyon değerleri ise CO 13,167 ppm, CO2 % 6.214, ve fazla hava oranı () 1.68 ve EGS 405.334 oC ölçülmüştür. 2020 yılı itibariyle ortalama üç yıllık atıksu giriş debisi: 45 742 799 m3 ve Biyogaz ise 1 619 330 m3 olarak ölçülmüştür. Atıksu debisinin artmasıyla biyogazın arttığı azalmasıyla ile de azaldığı görülmektedir. Üretilen ortalama biyogaz miktarına bağlı olarak üretilen elektrik enerjisi ortalaması 3 928 567.00 kW'tır. Şebekeden çekilen ortalama elektrik enerjisi miktarı ise 2 285 969 kW'tır. 2022 yılı içerisinde en yüksek biyogaz üretimi mart ayında yapılmış ortalama Metan gazı içeriği %45.3 ve alt ısıl değeri 6 388.278 kcal/m3 olarak ölçülmüştür. Yapılan Ömür Boyu maliyet analizinde Kojenerasyon ünitesinin 12 yıl sonunda kendisini amorti edeceği ve işletme süresinin 50 yıl olarak olduğu baz alındığında 5 720 733.74 $ kar elde edeceği hem Birikimli Yatırım getirisi hem de Ömür Boyu Maliyet Analizi hesaplamaları sonuçları birbirini teyit etmektedir.
ŞUSKİ Merkez Atıksu Arıtma Tesisinin hem atıksu arıtma ünitelerinin ve hem de kojenerasyon  ünitesinin Termodinamik I. ve II. Kanun analizleri EES paket programı vasıtasıyla simüle edilmiştir. Atıksu Arıtma Tesisinde verim yaklaşık olarak %90 ile %99 arasında değişirken; kojenerasyon sisteminde ise verim %50-%99 arasında her bir komponenet için ayrı ayrı verimlilik göstermektedir.

Abstract:
With the increase in the number of people in the world, excessive consumption occurs. For this reason, there is a great need for recycling, both for environmental and industrial waste. In 2014, with the establishment of the Sanliurfa Metropolitan Municipality Water and Channel Administration (ŞUSKİ) General Directorate Central Wastewater Treatment Plant (MAAT), two biogas-powered cogeneration facility, established in Akçamescit Village, an energy efficiency analysis of its use in electricity generation and water heating was carried out. In accordance with the values published in the Official Gazette, measurements were taken at a flow rate of 113 169 m3/day, 4.85 mg/l BOD5 and 33.45 COD mg/l and 5 mg/l SSM with 7.13 pH and 12.89 oC, discharge into Karakoyun Stream. 2020 maximum wastewater flow rate: 4 263 864 m3 and Biogas as 3 181 578 m3. As seen that the biogas increases with the increase in the wastewater flow rate and decreases with the decrease. Biogas has a lower calorific value of 6388.278 kcal/m3, which contains 45.3% methane. MWM brand TCG 2016 model V-type 16-cylinder biogas engine was run at fixed 1500 rpm, and it was ensured that NOx values were especially low at 500 mg/Nm3 and has 800 kW. Electrical efficiency was 41.6%; while thermal efficiency is 46.3%; Specific fuel consumption is measured as 180 g/kWh. Emission values were measured as 13.167 ppm CO, 6.214% CO2, and 1.68 and 405,334 oC EGT. The average biogas is produced as 1 619 330 m3 and the electricity average is 3 928 567.00 kW. The electricity drawn from the network is as 2 285 969 kW. In the Lifetime cost analysis, both the Cumulative Return on Investment and the Lifetime Cost Analysis calculations confirm each other, with a turnover of $5 720 733.74 in 50 years and that it will pay for itself at the end of 12 years. Especially for the equipment of both the wastewater treatment plant and the cogeneration plant of the ŞUSKİ plant, Thermodynamics I. and II. Law analyzes were simulated by means of the EES package program. While the efficiency in the Wastewater Treatment Plant varies between approximately 90% and 99%; In the cogeneration system, the efficiency is between 50%-99% for each component separately.