Gübre yatağında katı-sıvı ayrımı uygulanmış idrarın biyogaz potansiyelinin belirlenmesi
Determination of the biogas potential of urine with solid-liquid separation in the fertilizer bed
Yazar: BÜŞRA KABAY
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ÜNAL ŞİRİN
Van Yüzüncü Yıl Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyosistem Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Ziraat = Agriculture ; İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Bu çalışmada; Van ili iklim koşullarında süt sığırı ahırının gübre yatağında dışkı ve idrarı birbirinden ayıran alternatif bir gübre toplama yöntemi uygulanmıştır. Bu yöntemle elde edilen azot içeriği yüksek idrar, karbon kaynağı olarak Van ve çevresinde bol miktarda bulunan ve kolayca elde edilen selüloz içeriği yüksek atık kâğıtların katılması ile oluşturulan karışımların anaerobik sindirim ile biyogaz potansiyelleri araştırılmıştır. Her biri iki tekerrürlü olacak şekilde beş farklı karışım hazırlanmıştır. İnokulüm olarak her bir reaktöre eşit miktarda (inokulüm-substrat oranı 1:1) geleneksel yöntemle gübre deposuna taşınan gübrelerden alınan gübre eklenmiştir. Biyogaz üretimi için 1000 ml hacimli 10 adet biyoreaktör kullanılmıştır. Biyogaz üretmek amacıyla biyoreaktörlere eklenen karışımlar toplam 66 gün işletilmiştir. Sİ10, Sİ20 ve Sİ30 biyoreaktörlerinin gaz üretimi 38. günde, Sİ0 biyoreaktörünün gaz üretimi ise 40. günde son bulmuştur. Sİ50 biyoreaktöründeki gaz üretimi işletim süresi boyunca devam etmiş ve 66. günde gaz üretimi ekonomik olarak yeterli olmadığından durdurulmuştur.
Araştırma sonucunda; spesifik günlük biyogaz verimlerinde 203.38 ml/gr UKM ile Sİ50 en yüksek, 68.58 ml/gr UKM ile Sİ30 biyogaz en düşük verimli biyoreaktörler olmuştur. Kümülatif spesifik metan verimi açısından en yüksek metan verimi 135.85 ml/gr UKM değeri ile Sİ50 biyoreaktöründen elde edilmiştir. En düşük metan verimi ise 33.55 ml/gr UKM değeri ile Sİ30 biyoreaktöründe görülmüştür. Toplam katı madde giderimleri verimleri; Sİ50, Sİ30, Sİ20, Sİ10 ve Sİ0 biyoreaktörleri için sırasıyla %86, %85, %83, %82 ve %81 olarak tespit edilmiştir. Uçucu katı madde giderim verimleri ise Sİ50, Sİ30, Sİ20, Sİ10 ve Sİ0 biyoreaktörleri için sırasıyla %87, %85, %85, %84 ve %84 olarak belirlenmiştir.  En yüksek toplam katı madde ve uçucu katı madde giderimi Sİ50 biyoreaktöründe gerçekleşmiştir. Biyolojik olarak hızlı ayrışabilir yüksek çKOİ içeriği nedeniyle Sİ50 biyoreaktöründe diğer karışımlara göre yüksek biyogaz verim artışı görülmüştür. Bu durum, diğer dört karışımda hız sınırlayıcı basamağın hidroliz olduğu ancak Sİ50 karışımında metanojen aktivitesinin çürütme hızını belirlediği şeklinde açıklanabilir.

Abstract:
In this study, an alternative manure collection method was developed to separate manure and urine in the manure bed of a dairy cattle barn under the climatic conditions of Van province. The urine obtained with this method, with its high nitrogen content, was added to mixtures with high cellulose content waste paper, which is abundant and easily available in Van and its vicinity, as a carbon source. Five different mixtures were prepared, each with two replicates. As inoculum, equal amounts of manure taken from manures transported to the manure depot by the traditional method were added to each reactor (inoculum-substrate ratio 1:1). Ten 1000-ml bioreactors were used for biogas production. The mixtures added to the bioreactors for biogas production were operated for a total of 66 days. Gas production in the SI10, SI20, and SI30 bioreactors ceased on the 38th day, and gas production in the SI0 bioreactor ceased on the 40th day. Gas production in the SI50 bioreactor continued throughout the operating period and was stopped on the 66th day due to insufficient economic production of gas.
As a result of the research, SI50 was the most efficient bioreactor with a specific daily biogas yield of 203.38 ml/g TS, and SI30 was the least efficient bioreactor with a specific daily biogas yield of 68.58 ml/g TS. The highest cumulative specific methane yield was obtained from the SI50 bioreactor with a value of 135.85 ml/g TS. The lowest methane yield was observed in the SI30 bioreactor with a value of 33.55 ml/g TS. The removal efficiencies of total solids were determined to be 86%, 85%, 83%, 82%, and 81% for the SI50, SI30, SI20, SI10, and SI0 bioreactors, respectively. The removal efficiencies of volatile solids were determined to be 87%, 85%, 85%, 84%, and 84% for the SI50, SI30, SI20, SI10, and SI0 bioreactors, respectively.
The highest total solids and volatile solids removal was achieved in the SI50 bioreactor. Due to the high soluble chemical oxygen demand (CODs) content that can be decomposed rapidly biologically, the SI50 bioreactor showed a higher biogas yield increase compared to other mixtures. This can be explained by the fact that the rate-limiting step in the other four mixtures is hydrolysis, but the rate of digestion is determined by methanogenic activity in the SI50 mixture.