Büyükbaş hayvansal atıkların biyometanizasyon süreçlerinin iyileştirilmesinin araştırılması

Bu çalışmada, farklı işletme şartlarında büyükbaş hayvan gübresine organik yükü yüksek atık ilavesi ile arıtma veriminin ve biyometan üretiminin iyileştirilmesi araştırılmıştır. Deneysel çalışmada, birbirine paralel 5 adet 6.15 L hacimli yukarı akışlı havasız çamur yataklı reaktör kullanılmıştır. Reaktörler mezofilik şartlarda (36.5-37 C) 10.000 mg TKOİ/L organik yükleme oranı ile işletilmişlerdir. Reaktörlere beslenecek atıklar, birinci dönemde tek kademe ön işlemden ikinci dönemde ise iki kademeli ön işlemden geçirilmişlerdir. Deneysel çalışmalarda organik yükü yüksek atıkların %5, %10, %20, %40 ve %50 oranlarında BBHG'ne ilavesinin biyogaz üretimine etkileri gözlemlenmiştir. Birinci reaktörde (R1), kontrol amaçlı olarak sadece büyükbaş hayvan gübresi kullanılmıştır. İkinci reaktörde (R2), çim atıkları ilave atık olarak kullanılmıştır. Üçüncü reaktörde (R3), %33. 3 çim atıkları, %16. 7 evsel organik atıkları, %16. 7 endüstriyel organik atıkları (%50 zeytin prinası ve %50 pamuk küspesi karışımı) ve %33. 3 arıtma çamuru karışımı ilave atık olarak kullanılmıştır. Dördüncü reaktörde (R4), %50 evsel organik atıklar ve %50 endüstriyel organik atıkların karışımı ilave atık olarak kullanılmıştır. Beşinci reaktörde (R5), ise arıtma çamuru ilave atık olarak kullanılmıştır. Çalışmalar 20 ve 10 gün olmak üzere iki farklı hidrolik bekleme süresi ile yürütülmüştür. Reaktörlerin içinde, giriş ve çıkışında pH, alkalinite, toplam kimyasal oksijen ihtiyacı, çözünmüş kimyasal oksijen ihtiyacı, toplam katı madde, uçucu katı madde, askıda katı madde ve uçucu askıda katı madde analizleri yapılmıştır. Sadece reaktör giriş ve çıkışında ise biyolojik oksijen ihtiyacı, toplam Kjeldahl azotu, amonyak azotu (NH3-N), toplam fosfor, çözünmüş fosfor (PO4-3-P) ve klorür analizleri gerçekleştirilmiştir. Ayrıca reaktör içerisindeki anaerobik floküler çamurun ve çalışmanın ilerleyen safhalarında teşekkül eden granül çamurların SEM görüntüleri alınmış ve EDX analizleri yapılmıştır. Tez kapsamında ayrıca birlikte arıtım prosesi için yapay sinir ağları tabanlı modelleme ve simülasyon çalışmaları yapılarak anaerobik sistemin deneysel verileri ile günlük biyogaz üretim miktarı arasındaki ilişkinin bütünselliği ortaya çıkarılmıştır. Ayrıca bu tez kapsamında ülkemiz yerli sanayisinde yapılabilecek biyogaz tesisleri için maliyet analizi çalışmaları da yapılmıştır. Yapılan deneysel çalışmalar neticesinde R1, R2, R3, R4 ve R5 reaktörlerinde HBS 20 gün ve 10 gün periyotlarında sırasıyla ortalama %79 4, %78 4, %80 4, %81 6, %80 5 ve %76 7, %74 8, %79 6, %79 8, %80 5 oranlarında TKOİ giderimi ile beraber ortalama 0 .63 0.19, 0 .68 0.23, 0 .64 0.17, 0 .75 0.21, 0.67 0. 23 ve 0 .92 0.24, 0 .95 0.30, 0 .97 0.27, 1 .10 0.29, 0.95 0. 28 L/gün biyogaz üretimi gerçekleşmiştir. R2 reaktöründe, günlük biyogaz üretimine en fazla olumlu katkının BBHG'ne %20 oranında çim atıkları ilavesi durumunda (HBS: 20 gün) %27 oranında olduğu tespit edilmiştir. R3 reaktöründe, günlük biyogaz üretimine en fazla olumlu katkının BBHG'ne %20 oranında bütün atıkların karışımının ilavesi durumunda (HBS: 20 gün) %13 oranında olduğu tespit edilmiştir. R4 reaktöründe, günlük biyogaz üretimine en fazla olumlu katkının BBHG'ne %20 oranında evsel ve endüstriyel organik atıkları karışımının ilavesi durumunda (HBS: 10 gün) %23 oranında olduğu belirlenmiştir. R5 reaktöründe ise günlük biyogaz üretimine en fazla olumlu katkının BBHG'ne TKOİ olarak %20 oranında arıtma çamuru ilavesi durumunda (HBS: 20 gün) %26 oranında olduğu tespit edilmiştir. Bununla birlikte modelleme çalışmaları; BBHG'ne, deneysel çalışmalarda kullanılan ilave atıkları %30 seviyelerine kadar karıştırmanın günlük biyogaz üretimine olumlu katkılarının olduğunu göstermiştir. Ayrıca, çalışmada kullanılan ham atıkların belirli bir çapa (<5 mm) kadar indirilerek (<1 mm elek altı atıkların) beslenmesi biyogaz üretim performansına olumlu katkı yaparken daha da fazla parçalamanın (<1 mm) ise performansı düşürdüğü tespit edilmiştir.