Sığır, Bıldırcın ve Devekuşu Gübresi ile Mezbaha Atığı ve

Sığır, Bıldırcın ve Devekuşu Gübresi ile Mezbaha Atığı ve

Sığır, Bıldırcın ve Devekuşu Gübresi ile Mezbaha Atığı ve
Ispanaktan Biyogaz Üretim Miktarlarının Belirlenmesi
1
Emre CAN1, Halil ÜNAL2, İlknur ALİBAŞ2, Ali VARDAR2, Kamil ALİBAŞ2
Sezer Tarım, Orman ve Endüstri Parça ve Makinaları Sanayi ve Tic. Ltd. Şti., Karacabey, Bursa
2
Uludağ Üniversitesi, Ziraat Fakültesi, Tarım Makinaları Bölümü, 16059, Nilüfer, Bursa
[email protected]
Özet: Bu çalışmada, laboratuar tipi 3 L kapasiteli cam fermantörlerde sığır gübresi, bıldırcın gübresi
devekuşu gübresi, mezbaha atıkları ve ıspanaktan biyogaz üretim değerleri belirlenmiştir.
Araştırmada her madde için fermantasyon öncesi ve sonrası katı madde analizleri yapılmıştır.
Araştırmada kesikli fermantasyon biçimi uygulanmıştır. Fermantörler, çeperleri yalıtılmış, iç sıcaklığı
termostatla 36°C’de sabit tutulan deney kutusu içerisine yerleştirilmiştir. Sığır gübresi için
fermantasyon süresi 22 gün, toplam gaz üretimi 6615 ml, bıldırcın gübresi için fermantasyon süresi
20 gün, toplam gaz üretimi 12755 ml, devekuşu gübresi için fermantasyon süresi 20 gün, toplam gaz
üretimi 4265 ml, mezbaha atıkları için fermantasyon süresi 43 gün, toplam gaz üretimi 10185 ml ve
ıspanak için fermantasyon süresi 30 gün, toplam gaz üretimi de 6950 ml olarak belirlenmiştir.
Anahtar kelimeler: Biyogaz, hayvan gübresi, organik atık, fermantasyon
Determined of Biogas Production Amounts from the Cattle, Quail and Ostrich
Manures, and Slaughterhouse Waste and Spinach
Abstract: In this research; biogas production results were determined from cattle, quail and ostrich
manures, and slaughterhouse waste and spinach at a laboratory type 3 L capacity digestors. In
research, solid matter analysis were done pre-fermentation and post-fermantation for every material.
It was become applied a shift the fermentation shape. Digestors was settled inside a test box which
is held stable have settled with the thermostat at the 36°C that is insulated walls and internal
temperature. For the cattle manure a fermentation period in 22 and a total gas production 6615 ml;
quail manure a fermentation period in 20 and a total gas production 12755 ml; for the ostrich
manure a fermentation period in 20 and a total gas production 4265 ml were determined, while for
the slaughterhouse waste a fermentation period in 43 and a total gas production 10185 ml and
spinach a fermentation period in 30 and a total the gas production while becoming 6950 ml were
determined.
Keywords: Biogas, animal manure, organic waste, fermantation
GİRİŞ
Biyogaz, artık organik maddelerin, anaerobik
(havasız) fermantasyonu sonucu açığa çıkan, renksiz,
kokusuz, havadan hafif, havaya karşı yoğunluk oranı
0,83 ve oktan sayısı 110 olan, parlak mavi bir alevle
yanan ve bileşiminin %6075'i metan (CH4) ve
%2540'ıda karbondioksit (CO2) olan bir gaz karışımıdır.
Biyogaz üretiminin sağlandığı organik maddenin
anaerobik
fermantasyonu,
üç
temel
aşamada
gerçekleşmektedir, bunlar; hidroliz ve fermantasyon,
uçucu yağ asitlerinin ve asetik asidin oluşması ve
biyogazın oluşmasıdır. Bu üç aşama sırasında aynı
adlarla isimlendirilen, üç değişik bakteri grubu etkinlik
göstermektedir. Şekil 1'de organik maddenin anaerobik
fermantasyonu ve biyogazın oluşumu şematik olarak
gösterilmiştir.
123
Anaerobik fermantasyonun üçüncü aşamasında
devreye giren ve metanın oluşumunu sağlayan metan
bakterileri, fermantasyon ortamının sıcaklığına göre üç
gruba ayrılır. Bunlar;
1. Psychrophilic (sakrofilik) bakteriler: Optimum
faaliyet sıcaklığı 25°C,
2. Mezophilic (Mezofilik) bakteriler: ortimum
faaliyet sıcaklığı 3037°C,
3. Thermophilic (termofilik) bakteriler: Optimum
faaliyet sıcaklığı 55°C dir.
Bu bakteri gruplarından 1. ve 3. Grupta yer alan
sakrofilik ve termofilik bakteriler sığır gübresi
içerisinde yaşamamaktadır. Sığır gübresinde mezofilik
bakteriler bulunmaktadır.
Şekil 1. Organik maddenin anaerobik fermantasyonu (biyogazın elde edilmesi) (Alibaş, 1985)
Organik maddenin anaerobik fermantasyonu sonucu
açığa çıkan biyogazın bileşimi, organik maddenin cinsine
ve fermantasyon biçimine bağlı olarak değişmekle
beraber ortalama hacimsel bileşimi Çizelge 1'de
verilmiştir.
Çizelge
1. 1 m3 biyogazın hacimsel olarak
ortalama % bileşimi (Alibaş, 1985)
Bileşim elemanı
Metan (CH4)
Karbondioksit (CO2)
Azot (N2)
Hidrojen (H2)
Karbonmonoksit (CO)
Oksijen (O2)
Hidrojen Sülfür (H2S)
(%) Hacimsel Bileşimi
54...80
20...45
1...0
1...10
0,1
0,1
Eser miktarda
Biyogazın ısıl değeri, bileşiminde bulunan metan
yüzdesine bağlı olarak değişmektedir. Biyogaz içerisindeki
metan yüzdesine ise; ortam sıcaklığı, üretim maddesinin
cinsi ve miktarı, ortam asitliği (pH), partikül büyüklüğü,
fermantasyon süresi, karbon azot oranı (C/N), biyogaz
tesisinin tipi ve kuru madde miktarı etkili olmaktadır.
Çeşitli organik maddelerden üretilebilecek biyogaz
miktarları ve ısıl değerleri Çizelge 2’de verilmiştir.
Çizelge 2. 30 °C'de çeşitli organik maddelerden kesikli
fermantasyon sonucu üretilebilecek özgül
biyogaz miktarları, metan yüzdeleri ve ısıl
değerleri (Wen and Jian, 1983)
Metan
Organik
Özgül
Isıl
Oranı
Madde
Biyogaz
Değeri
(% CH4)
Üretimi
(mJ/m3)
(L/kg UM)
Sığır Gübresi
342
75,5
27,0
Domuz Gübresi
415
80,8
28,9
Buğday Sapı
367
78,5
28,1
Yonca
445
77,7
27,9
Ot
557
84,0
30,2
Şalgam Yaprağı
496
84,0
30,1
Pancar Yaprağı
501
84,8
30,3
Patates Sap Ve
606
74,7
26,7
Yaprağı
Mısır Sapı
514
83,1
29,8
UM= Uçucu Organik Madde
Fermantasyon süresi fermantasyon sıcaklığına
bağlı değişmektedir. Çeşitli fermantasyon sıcaklıklarında minimum ve optimum fermantasyon süreleri
Çizelge 3’te verilmiştir.
Çizelge 3. Fermantasyon sıcaklıklarına bağlı
olarak
minimum
ve
optimum
fermantasyon süreleri
(Anonim,
2008)
Fermantasyon
Sıcaklığı (oC)
20
25
30
35
40
124
Minimum
Fermantasyon
Süresi (Gün)
11
8
6
4
4
Optimum
Fermantasyon
Süresi (Gün)
28
20
14
10
10
MATERYAL VE YÖNTEM
Materyal
Araştırmada Kullanılan Artık Organik Maddeler
Araştırmada, Sığır gübresi, Devekuşu gübresi, Bıldırcın
gübresi, Mezbaha artığı (Et ve Yağ), Ispanak olmak üzere
beş adet organik artık kullanılmıştır. Tüm materyaller
fermantörün 2/3 ünü dolduracak şekilde 1/1 oranında su
ile karıştırılıp organik madde miktarı %9-10 düşürüldükten
sonra fermantöre konulmuş ve fermantörlerde 36 ºC de
(mezofilik) termostatla sıcaklığı sabit tutulan deney kutusu
içerisine yerleştirilmiştir.
Fermantörler ve Gaz Depoları
Araştırmada fermantör olarak, et kalınlığı 5,80 mm
olan cam kapaklı, kapağı lastik conta takıldıktan sonra
telden yapılmış kilitleme mekanizmasıyla kilitlenebilen
3000 ml hacimli 3 adet cam kavanozdan yararlanılmıştır.
Fermantörlerin camdan yapılmış olan kapaklarına, gaz
çıkısına sağlamak için birer adet hava almayacak şekilde
contalı 9 mm çaplı pirinç borular yerleştirilmiştir. Şekil 2’de
araştırmada kullanılan fermantörler ve gaz depoları
gösterilmiştir.
Üretilen biyogazın depolanması için 18000 ml hacimli
3 adet su bidonundan yararlanılmıştır. Bidonların ağızları,
üzerinde gaz girişi ve su çıkışını sağlayan 9 mm çaplı iki
adet metal boru bulunan lastik tapalarla kapatılmıştır.
Gaz depoları çalışmanın başlangıcında saf su ile
doldurulmuştur.
Şekil 3. Araştırmada kullanılan biyogaz deposu
Organik Maddenin Kuru Madde Analizinde
Kullanılan Malzemeler
Kuru madde analizlerinde sıcaklığı 105°C’ye
ayarlanabilen etüvden, petri kaplarından ve hassasiyeti 0,0001 olan dijital teraziden yararlanılmıştır.
Biyogaz analizinde sadece metan ölçümü yapılmıştır.
Bunun için metan miktarını ölçebilen metan
detektöründen yararlanılmıştır.
Mezofilik Fermantasyon Kutusu
Sıcaklığı bir termostatla 36 ºC de sabit tutulabilen, 3
adet 60 W elektrik ampulüyle ısıtılan ve ısıyı iç kısmına
bir fan yardımıyla dağıtan 650x405x400 mm
boyutlarında, duvarları 40 mm kalınlığında poliüretan
yalıtım malzemesi ile yalıtılmış bir kutudan
yararlanılmıştır. Kutu içerisine üç adet fermantör
konulabilmektedir. Şekil 4’de mezofilik fermantasyon
kutusu ve termostatı gösterilmiştir.
Şekil 2. Araştırmada kullanılan cam fermantörler
ve gaz depoları
Şekil 3’de gaz deposu verilmiştir. Fermantör ve gaz
deposu arasında gaz iletimini sağlamak için 9 mm
çapında şeffaf plastik borular kullanılmıştır.
Şekil
4.
Araştırmada kullanılan mezofilik
fermantasyon kutusu ve termostatı
Yardımcı Malzemeler
Fermantasyon kutusunun sıcaklığını ölçmek için 2
adet cıvalı ve 1 adet dijital termometre kullanılmıştır.
Üretilen biyogaz miktarına bağlı olarak gaz
125
deposundan taşan saf suyun ölçülmesinde 1000 ml
kapasiteli ölçekli bir beher kullanılmıştır.
Yöntem
Fermantörler, biyogazın üretileceği tüm hammaddeler
için 1/1 oranında su ile karıştırılarak, 2/3’ü materyalle
doldurulmuştur. Fermantörlerin üst kısmında gaz çıkışını
sağlamak için 1/3 lük bir boşluk bırakılmıştır. Doldurulan
fermantörler sıcaklığı 36ºC’ye ayarlanmış olan mezofilik
fermantasyon kutusuna yerleştirilmiştir. Fermantörler
günde iki defa 34 dakika süreyle elle çalkalanmak
suretiyle karıştırılmış-tır. Günlük gaz üretim değerleri,
üretilen gaz miktarına bağlı olarak gaz deposundan
tahliye edilen suyun beher içinde ölçülmesiyle
belirlenmiştir. Fermantöre alınan ve biyogaz üretimi
sonucu fermantörden alınan materyallerin katı madde
tayinleri, sıcaklığı 105ºC’ye ayarlanabilen bir etüv
aracılığıyla belirlenmiştir. Materyal örnekleri porselen
kaplara alınarak hassas terazide tartılmış ve etüvde 24
saat bekletilmiştir. Ağırlık kaybından gidilerek yapılan
hesaplamalarla
materyallerin
kuru
maddeleri
belirlenmiştir.
ARAŞTIRMA BULGULARI
Biyogaz üretiminde kullanılan materyallere ve
biyogaz üretimine ilişkin değerler Çizelge 4’de toplu
olarak verilmiştir.
Sığır, bıldırcın, devekuşu gübreleri ile mezbaha
atığı ve ıspanaktan elde edilen biyogaz miktarları
günlük ve toplam değerler olarak hesaplanarak Şekil 5
ve 6’da verilmiştir. Üretilen biyogazın sadece metan
analizi yapılmış olup metan değerleri ortalama
%6772 arasında bulunmuştur.
Çizelge 4. Biyogaz üretiminde kullanılan materyallere ve biyogaz üretimine ilişkin özellikler
Parametre
Sığır Gübresi
Atık Tazeliği
2 saatlik gübre
Başlangıç Kuru Madde Oranı (%)
Sonuç Kuru Madde Oranı (%)
Fermantördeki Toplam Karışım
Miktarı (ml)
% 16.38
% 14,97
1250 ml
Gübre + 1250
ml Su
22
6615
Toplam Fermantasyon Süresi (Gün)
Toplam Üretilen Gaz Miktarı (ml)
Bıldırcın
Gübresi
2 saatlik
gübre
% 15,33
% 6,99
1250 ml
Gübre + 1250
ml Su
20
12755
Devekuşu
Gübresi
2 saatlik
gübre
%14,26
% 8,08
1250 ml
Gübre +
1250 ml Su
20
4265
Mezbaha atığı
(Et ve Yağ)
4 saatlik
et ve yağ
% 20,26
% 20,05
1250 ml Et +
1250 ml Su
43
10185
Ispanak
2 Günlük
Ispanak
% 17,85
% 12,50
900 ml
Ispanak +
900 ml Su
30
6950
4000
Sığır Gübr.
Bıldırcın Gübr.
3500
Devekuşu Gübr.
Mezbaha Atığı (Et ve Yağ)
Ispanak
Günlük biyogaz miktarı (ml)
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
0
10
20
30
40
50
Gün
Şekil 5. Sığır, bıldırcın ve devekuşu gübresi ile mezbaha atığı ve ıspanaktan üretilen günlük biyogaz
miktarı
126
14000
Toplam Günlük Biyogaz Miktarı (ml)
12000
10000
8000
6000
4000
Sığır Gübr.
Bıldırcın Gübr.
Devekuşu Gübr.
Mezbaha Atığı (Et ve Yağ)
Ispanak
2000
0
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
Gün
Şekil 6. Sığır, bıldırcın ve devekuşu gübresi ile mezbaha atığı ve ıspanaktan üretilen kümilatif
biyogaz miktarları
LİTERATÜR LİSTESİ
Alibaş K., 1985. Çeşitli Fermantasyon Biçimi ve Sıcaklıklarında
Değişik Organik Maddelerden Biyogaz Üretiminin ve Değişen
Çevre Sıcaklığı Koşullarındaki Fermantör Enerji Bilançolarının
Saptanması. Tarımsal Mekanizasyon 9. Ulusal Kongresi Bildiri
Kitabı, s.304323.
Alibaş K., 1996. Sığır gübresi, tavuk gübresi ve arpa sapından
sakrofilik, mezofilik ve termofilik fermantasyonlarla biogaz
üretimlerinin ve fermantör enerji bilancolarının belirlenmesi U.
Ü. Ziraat Fakültesi Araştırma ve İnceleme No:13. 74s.
Anonim, 2008. http://www. Panasia.org.sg/nepalnet/biogas. htm
Chen Y.R., 1981. Impeller Power Consumtion in Mixing Livestock
Manure Slurries. Transactions of the ASAE, s.187192.
Chen Y.R. and A.G. Hashimoto, 1980. Energy Requirements for
Anaerobic Fermantation of Livestock Wastes. Livestock Waste:
A Renewable Resource. 4th International Symposium on
Livestock Wastes, American Society of Agricultural Engineers
Box 410, s.117121.
127
Converse J.C., G.W. Evans, K.L. Robinson, W. Gibbons, M.
Gibbons, 1980. Methan Production from a LargeSize
OnFarm Digester for Poultry Manure. Livestock Waste: A
Renewable Resource. 4th International Symposium on
Livestock Wastes, American Society of Agricultural
Engineers Box 410, s.122125.
Fisher J.R., D.M. Sievers and C.D. Fulhage, 1983. Energy
Consumption from Farm Animal Manure Methane
Generation. Transactions of the ASAE, s.223227.
Stewart J.D., 1980. Energy Crops to Methane, Anaerobic
Digestion. Applied Science Publishers LTD London,
s.303317.
Tunney H., 1980. An Overview of the Fertilizer Value of
Livestock Waste. Livestock Waste: A Renewable Resource.
4th International Symposium on Livestock Waste. American
Society of Agricultiral Engineers Box 410, s.181184.
Wu Wen and Chen En-Jian 1983. Our Views on the Resolution
of China’s Rural Energy Requirements. Biomass, Volume 3,
No:4, ISSN 10444565.