Anaerobik parçalanma ve biyogaz üretimi
Anaerobic digestion and biogas production
Yazar: GÜNAY ŞENOCAKLI
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ DEMET KALAT
Çukurova Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Bu çalışmada, sığır dışkısının mezofilik şartlar altında hidroliz ve metan reaktörleri kullanılarak biyogaz üretim verimliliği araştırılmıştır. Çalışmanın ilk basamağında Çukurova Üniversitesi Çiftliği'nden temin edilen sığır dışkısında Toplam Kjeldahl Azotu, Amonyak, Katı Madde, Organik Madde, pH belirleme ve Alkalinite deneyleri ile karakterizasyon çalışması yapılmıştır. Geri dönüşümün olmadığı reaktörlerde katı ve hidrolik alıkonma süreleri (KAS/HAS) eşittir. 8 litre hacme sahip olan hidroliz reaktörünün pH değeri 5.80'dir ve oda sıcaklığında işletilmiştir. 2.5 L hacme sahip olan metan reaktörü ise 38 oC sıcaklık ve pH 7.5'te işletilmiştir. Metan reaktörü %5, %10 ve %15 organik katı madde yüklemeleri ile çalıştırılmıştır. 
Hidroliz reaktörünün işletmeye alınmasının 8. gününde toplam katı madde miktarında bir değişim gözlenmezken uçucu katı madde için %11 giderim ve uçucu yağ asit konsantrasyonunda %45 artış gözlenmiştir. Toplam Katı Madde (TKM) giderimi açısından herhangi anlamlı bir değişim gözlenmezken, 20. günün sonunda toplamda %16 Toplam Uçucu Katı Madde (TUKM) giderimi tespit edilmiştir. 20. günde uçucu katı madde gideriminin yalnızca %16'ya yükselmesi 8 günlük katı alıkonma süresinin hidroliz reaktörü için yeterli olduğunu göstermektedir. Metan reaktöründeki her organik yükleme süresi 8 gündür. 7 gün boyunca biyogaz üretimleri ile birlikte toplam katı, uçucu katı, toplam ve bikarbonat alkalinitesi ve uçucu yağ asitleri günlük olarak takip edilmiştir. Hidroliz reaktöründen metan reaktörüne %5, %10 ve %15 organik yükleme gerçekleştirilerek dışkının gaz üretim potansiyeli araştırılmıştır. Metan reaktöründe biriken gazın bileşimi Gas chromatography (GC) cihazı ile belirlenmiştir. Metan reaktöründe %5, %10, %15 organik yükleme sonucunda biyogaz metan yüzdesi ve UKM giderim yüzdeleri sırası ile %38, %61, %80 ve %11, %14,67, %16 olarak gözlenmiştir. Kümülatif biyogaz miktarları %5, %10, %15 organik yükleme için sırası ile 5321 ml/gün, 16655 ml/gün ve 29128 ml/gün olarak tespit edilmiştir.
Sonuç olarak bu çalışma, sığır dışkısının biyogaz üretimi için verimli bir kaynak olduğunu göstermekte olup biyogazın gerek enerji eldesi gerekse ısı yoluyla kullanımı ile muazzam bir enerji tasarrufu sağlanabileceği konusunda literatüre ışık tutmuştur.

Abstract:
In this study, biogas production efficiency was investigated by using hydrolysis and methane reactors under mesophilic conditions. At the beginning of the study, cattle excrement was provided from Çukurova University Farm. Characterization study was carried out with this cattle excrement with TKN, Ammonia, Solids, Organic Matter, pH and Alkalinity tests. Hydrolysis and methane reactors were used in the experimental study. In the non-recycled reactors, the solid and hydraulic retention times (KAS / HAS) are equal. The hydrolysis reactor with a volume of 8 liters was operated at pH 5.80 and room temperature. The methane reactor with a volume of 2.5 L was operated at a temperature of 38 oC and a pH of 7.5. The methane reactor was operated with 5%, 10% and 15% organic solids loading.
On the 8th day of the commissioning of the hydrolysis reactor, no change was observed in the amount of total solids while 11% removal of volatile solids and 45% increase in volatile fatty acid concentrations were observed. While no significant change was observed in terms of Total Solids (TS) removal, 16% Total Volatile Solids (TVS) removal was determined at the end of the 20th day. The volatile solid removal at day 20 increased to only 16%, indicating that the 8 day solid retention time was sufficient for the hydrolysis reactor. Each organic loading time in the methane reactor is 8 days. Total solid, volatile solid, total and bicarbonate alkalinity and volatile fatty acids were monitored daily with biogas production for 7 days. The gas production potential of the feces was investigated by carrying 5%, 10% and 15% organic loading from hydrolysis reactor to methane reactor. The composition of the gas deposited in the methane reactor was determined by Gas chromatography (GC). Biogas methane percentage and VS removal percentages were observed as 38%, 61% and 80% and 11%, 14,67% and 16% respectively. Cumulative biogas amounts for 5% 10%, 15% organic loading were determined as 5321 ml / day, 16655 ml / day and 29128 ml / day, respectively.
As a result, this study shows that cattle feces are an efficient source for biogas production and shed light on the literature that the use of biogas through energy production and heat can provide enormous energy savings.