Helisel tübüler biyogaz reaktörünün tasarımı, yapımı ve işletilmesi: Sığır gübresi uygulama örneği
Design, construction, and operation of helical tubular biogas reactor: Dairy manure application example
Yazar: EMRAH GÖDE
Danışman: PROF. DR. KAMİL EKİNCİ
Isparta Uygulamalı Bilimler Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Tarım Makineleri ve Teknolojileri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology ; Enerji = Energy ; Ziraat = Agriculture

Özet:
Bu çalışmada, süt sığırı gübresinden biyogaz üretimi için düşük maliyetli helisel tübüler biyogaz reaktörünün (HTBR) yapımı gerçekleştirilmiştir. HTBR reaktörünün performans göstergeleri belirlenmiştir. HTBR reaktöründen elde edilen veriler aynı koşullarda işletilen sürekli karıştırmalı tank reaktör (CSTR) ile karşılaştırılması yapılmıştır. Denemeler ortam sıcaklığında gerçekleştirilmiş olup ısıtma işlemi yapılmamıştır. Bu denemede her iki tip reaktöre iki farklı kuru madde içeriği (%6 ve %8) ve dört farklı organik yükleme oranlarında (OLR) (2.5, 3.5, 3.3 ve 4.6 kg OM/m3 gün) yükleme yapılmıştır. Denemeler kararlı rejimde 20 gün sürmüştür. Ortalama günlük biyogaz üretimi açısından yapılan değerlendirme sonuçları, CSTR denemelerinden elde edilen değerlerin HTBR reaktöründen elde edilen değerlerden OLR'nin 2.5, 3.3, 3.5 ve 4.6 kg OM/m3 gün koşullarında sırasıyla %8.05, %11.79, %8.07 ve %10.78 daha yüksek olduğunu göstermiştir. CSTR reaktörlerinde kümülatif metan üretimi 357.86 ile 460.56 NL arasında değişirken HTBR reaktöründe ise 318.57 NL ile 395.50 NL arasında değişmiştir. HTBR reaktöründe en yüksek metan üretimi kuru madde içeriğinin %8 ve organik yükleme oranının 4.6 kg OM/m3 olduğu koşullarda elde edilmiştir.

Sonuç olarak, benzer işletim koşullarda çalıştırılan (ısıtmanın yapılmadığı koşullar) CSTR ve HBTR reaktörleri enerji üretimi ve tüketimleri açısından karşılaştırıldığında HBTR reaktörlerinin enerji giderinin olmadığı ve CSTR reaktörlerinin karıştırmadan kaynaklı enerji tüketimlerinin olduğu tespit edilmiştir. Düşük bütçeli tasarım olarak değerlendirilen HTBR tipi reaktörlerin CSTR tip reaktörlere göre daha az biyogaz ürettiği belirlenmiştir.

Abstract:
In this study, a low cost helical tubular biogas reactor (HTBR) was built for the production of biogas from dairy manure. The performance indicators of the HTBR reactor were determined. The data obtained from the HTBR reactor were compared with the continuous stirred tank reactor (CSTR) operated under the same conditions.
Trials were carried out at ambient temperature and no heating was performed. In this experiment, two types of reactors were loaded with two different dry matter contents (6% and 8%) and four different organic loading rates (OLR) (2.5, 3.5, 3.3, and 4.6 kg OM/m3 day). Trials lasted 20 days under stable regime. 
The results on average daily biogas production showed that the values obtained from the CSTR trials were found to be 8.05%, 11.79%, 8.07%, and 10.78% higher than those obtained from the HTBR reactor based on OLR of 2.5, 3.5, 3.3, and 4.6 kg OM/m3 day, respectively. Cumulative methane production in CSTR reactors ranged from 357.86 to 460.56 NL and in HTBR reactor from 318.57 NL to 395.50 NL. The highest methane production in HTBR reactor was obtained with condition of 8% dry matter content with OLR of 4.6 OM/m3.

As a result, when CSTR and HBTR reactors operated under similar operating conditions (no heating) were compared in terms of energy production and consumption, it was found that HBTR reactors had no energy expenditure and CSTR reactors had energy consumption due to mixing. It was determined that HTBR type reactors which are considered as low cost design produced less biogas than CSTR type reactors.