Tavuk Gübresinden Biyogaz Üretimi İçin Koşullar

Yorumlar

Transkript

Tavuk Gübresinden Biyogaz Üretimi İçin Koşullar
TAVUK GÜBRESİNDEN BİYOGAZ ÜRETİMİ İÇİN EN UYGUN
KOŞULLARIN BELİRLENMESİ
Mustafa Serhat EKİNCİ
YÜKSEK LİSANS TEZİ
KİMYA MÜHENDİSLİĞİ
GAZİ ÜNİVERSİTESİ
FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
HAZİRAN 2007
ANKARA
Mustafa Serhat EKİNCİ tarafından hazırlanan TAVUK GÜBRESİNDEN BİYOGAZ
ÜRETİMİ İÇİN EN UYGUN
KOŞULLARIN BELİRLENMESİ adlı bu tezin
Yüksek Lisans tezi olarak uygun olduğunu onaylarım.
Yrd. Doç. Dr. S. Ferda MUTLU
Tez Yöneticisi
Bu çalışma, jürimiz tarafından oy birliği ile Kimya Mühendisliği Anabilim Dalında
Yüksek Lisans tezi olarak kabul edilmiştir.
Başkan:
: Prof. Dr. Mübeccel ERGUN
Üye
: Prof. Dr. Nurdan SARAÇOĞLU
Üye
: Prof. Dr. Yavuz BEYATLI
Üye
: Doç. Dr. İrfan AR
Üye
: Yrd. Doç. Dr. S. Ferda MUTLU
Tarih
: 19/06/2007
Bu tez, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü tez yazım kurallarına uygundur.
TEZ BİLDİRİMİ
Tez içindeki bütün bilgilerin etik davranış ve akademik kurallar çerçevesinde elde
edilerek sunulduğunu, ayrıca tez yazım kurallarına uygun olarak hazırlanan bu
çalışmada orijinal olmayan her türlü kaynağa eksiksiz atıf yapıldığını bildiririm.
Mustafa Serhat EKİNCİ
iv
TAVUK GÜBRESİNDEN BİYOGAZ ÜRETİMİ İÇİN EN UYGUN
KOŞULLARIN BELİRLENMESİ
(Yüksek Lisans Tezi)
Mustafa Serhat EKİNCİ
GAZİ ÜNİVERSİTESİ
FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
Haziran 2007
ÖZET
Bu çalışmada tavuk dışkılarının kesikli sistemde, anaerobik özümleyiciden
alınan aşı kullanılarak anaerobik arıtımı ve biyogaz üretim yatkınlığı
incelenmiştir. Bu amaçla, 250 mL hacimli 20 adet cam reaktör kullanılmıştır.
Reaktör sıcaklığı ve pH’ı denetlenmiş ve değişik tasarım koşulları ardışık
olarak
sağlanmıştır.
Anaerobik
arıtım
süresince,
mikroorganizmaların
etkinlikleri sonucu oluşan gazlar dereceli büretlerde toplanmıştır. Reaktör
karışımını; değişik yüzdelerde tavuk dışkısı ve aşı mikroorganizma içeren
anaerobik özümleyicilerden alınan arıtma çamuru oluşturmaktadır.
Bu çalışmada, tavuk dışkılarının anaerobik dönüşümü üzerine sıcaklık (0C)
(X1), pH (X2) ve tavuk dışkısı katı yüzdesinin (ağ./ağ.) (X3) etkisi incelenmiştir.
Deneyler, Box-Wilson deneysel tasarım yöntemine göre tasarlanmıştır. Deneysel
sonuçlar “Design Expert 7.0.3 Trial” paket programı ile istatiksel olarak
değerlendirilmiştir. Deneysel sonuçların değerlendirilmesi sonucunda, bağımlı
değişken olarak seçilen gaz oluşum hızı, KOİ giderim hızı ve asetik asit oluşum
hızları yukarıda verilen bağımsız değişkenlerin bir fonksiyonu olarak aşağıdaki
model eşitlikleri ile ifade edilmişlerdir.
v
Y1 (Gaz oluşum hızı, mL/g katı atık.gün) = 7,31 + 1,12*X1 - 1,19*X2 - 0,89*X1X3
- 0,77*X2X3 + 0,69*X12 - 1,15*X32
R2 = 0,8704
Y2 (KOİ giderim hızı, mg KOİ/L.g katı atık.gün) = 360,25 + 19,12*X1 - 21,12*X2
- 36,34*X3 + 46,06*X1X2 + 37,43*X1X3 + 20,38*X2X3 - 53,74*X12 - 71,37*X22 62,57 X32
R2 = 0,9775
Y3 (Asetik asit oluşum hızı, mg/L.g katı atık.saat ) = 31,61+ 1,22*X1 + 1,44*X2 +
0,70*X3 - 0,93*X32
R2 = 0,7911
En yüksek gaz oluşum hızı (10,17 mL/g katı atık.gün), 37 0C sıcaklıkta, 6,5 pH
değerinde, 7,54 katı yüzdesinde, en yüksek KOİ giderim hızı (368,17 mg
KOİ/L.g katı atık.gün), 35 0C sıcaklıkta, 6,9 pH değerinde, 7,01 katı yüzdesinde,
en yüksek asetik asit oluşum hızı (34,75 mg/L.g katı atık.saat) 37 0C sıcaklıkta,
7,5 pH değerinde, 9,73 katı yüzdesinde bulunmuştur.
Bilim Kodu
Anahtar kelimeler
Sayfa Adedi
Tez Yöneticisi
: 912.1.086
: Anaerobik arıtım, tavuk dışkısı, aşı, istatiksel analiz
: 106
: Yrd. Doç. Dr. S. Ferda MUTLU
vi
DETERMINATION OF OPTIMUM CONDITIONS FOR BIOGAS
PRODUCTION FROM HEN MANURE
(M.Sc.Thesis)
Mustafa Serhat EKİNCİ
GAZI UNIVERSITY
INSTITUE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
June 2007
ABSTRACT
In this study, optimum conditions for the treatment and biogas production
tendency of hen manure were determined by using batch system with using
anaerobic sludge reactor inoculum. Twenty glass reactors each having 250 mL
volume were used. Reactor temperature and pH can be controlled and different
design conditions can be provided simultaneously. Gases produced as a result of
the activities of microorganisms during the anaerobic digestion were collected in
graduated burettes. Reaction mixture consists of in different percentages hen
manure and inoculation microorganisms containing treatment sludge that was
taken from an anaerobic digester.
In this study, effects of temperature (0C) (X1), pH (X2), and hen manure percent
solid (w./w.) (X3) on anaerobic conversion were investigated.
Experiments were designed by using Box-Wilson experimental design method.
Statistical analysis of experimental results were made by using “Design Expert
7.0.3” package program. After evaluation of the experimental results,
dependent variables; gas production rate, rate of reduction of COD and acetic
acid production rate was expressed by model equations as a function of
independent variables below.
vii
Y1 (Gas production rate, mL/g solid.day ) = 7,31 + 1,12*X1 – 1,19*X2 -0,89*X1X3
– 0,77*X2X3 + 0,69*X12- 1,15*X32
R2 = 0,8704
Y2 (Rate of reduction of COD, mg COD/L.g solid.day) = 360,25 + 19,12*X1 –
21,12*X2 – 36,34*X3 + 46,06*X1X2 + 37,43*X1X3 + 20,38 X2X3 – 53,74*X12 –
71,37*X22 – 62,57 X32
R2 = 0,9775
Y3 (Acetic acid production rate, mg/L.g solid.hour ) = 31,61+ 1,22*X1 + 1,44*X2
+ 0,70*X3 – 0,93*X32
R2 = 0,7911
The highest production of gas was found (10,17 mL/g solid.day) was obtained
when temperature, pH and solid percent were 37 0C, 6,5, 7,54 respectively.
The highest reduction of COD rate was found (368,17 mg COD/L.g solid.day)
was obtained when temperature, pH and solid percent were 35 0C, 6,9, 7,01
respectively.
The highest production of acetic acid was found (34,75 mg/L.g solid.hour) was
obtained when temperature, pH and solid material ratio were 37 0C, 7,5, 9,73
respectively.
Science Code : 912.1.086
Key Words : Anaerobic digestion, hen manure, inoculation, statistical
analysis
Page Number : 106
Adviser
: Assist. Prof. Dr. S. Ferda MUTLU
viii
TEŞEKKÜR
Çalışmalarım boyunca değerli katkılarını ve manevi desteğini esirgemeyen sayın
hocam Yrd. Doç. Dr. S. Ferda MUTLU’ya, katkılarından dolayı laboratuvar
çalışanlarına ve çalışma arkadaşlarıma, desteklerini hiçbir zaman esirgemeyen ve her
zaman bana moral veren çok sevdiğim aileme çok teşekkür ederim. Gazi Üniversitesi
Bilimsel Araştırma Projeleri Biriminin 06/2006-25 kodlu projemize vermiş olduğu
maddi destek için teşekkür ederim.
ix
İÇİNDEKİLER
Sayfa
ÖZET……………………………………………………………………………...…iv
ABSTRACT……………………...…………………………………………….……vi
TEŞEKKÜR…………..……………………………………………………………viii
İÇİNDEKİLER………………………………………………………………………ix
ÇİZELGELERİN LİSTESİ…………………………………………………………xii
ŞEKİLLERİN LİSTESİ………………………………………………………….….xv
RESİMLERİN LİSTESİ………………………………………………………...…xvii
SİMGELER VE KISALTMALAR…………………………………………….....xviii
1. GİRİŞ………………………………………………………………………………1
2. TAVUK GÜBRESİNDEN BİYOGAZ ÜRETİMİ İÇİN EN UYGUN
KOŞULLARIN BELİRLENMESİ…………………………….…………………..3
2.1. Anaerobik Arıtım……………………………………………………………..3
2.2. Anaerobik Arıtımın Temelleri………………………………………………..5
2.2.1. Mikrobiyoloji…………………………………………………………..5
2.2.2. Anaerobik mikroorganizmalar arasındaki karşılıklı ilişkiler…………..9
2.2.3. Biyokimya…………………………………………………………….10
2.2.4. Anaerobik arıtımda basamaklar arasındaki denge……………………13
2.3. Anaerobik Sindirim Süreçlerine Genel Bir Bakış…………………………..13
2.4. Proses Değerlendirmesi……………………...……………………………..15
2.5. Reaktör Tasarımı……………………………………………………………17
2.5.1. Kesikli reaktör……………………………………………….……….18
x
Sayfa
2.5.2. Sürekli karıştırmalı tank reaktör (CSTR)…………………....…….……18
2.5.3. Katı geri beslemeli sürekli karıştırmalı tank reaktörü…………….….19
2.5.4. Piston akışlı reaktör……………………………………………….….20
2.5.5. Yukarı akışlı çamur yataklı reaktör (UASB)…….……………….….21
2.5.6. Film reaktörleri………………………………………………….…...22
2.5.7. İki fazlı reaktör…………………………………………………….…23
2.6. Biyogaz……………………………………………………………………..25
2.6.1. Biyogazın özellikleri………………………………………………....25
2.6.2. Biyogaz üretiminde kullanılabilen atıklar……………………………26
2.6.3. Biyogazın ısıl değeri…………………………………………………29
2.6.4 Biyogazın kullanım alanları…………………………………………..30
2.6.5 Biyogaz niceliğini ve üretim hızını etkileyen etkenler……………….30
2.7. Dünyada ve Türkiye’de Biyogaz Üretimi…………………………………..36
2.7.1. Dünyada biyogaz üretimi…………………………………………....36
2.7.2. Türkiye’de biyogaz üretimi………………………………………….39
2.8. Deneylerin Çok Faktörlü Planlanması (Box-Wilson Yöntemi)……………42
2.9. Kaynak Araştırması…………………...…………………………………...49
2.10. Materyal ve Yöntem……………………………...………………………55
2.10.1. Deneylerde kullanılan tavuk gübresinin özellikleri………………55
2.10.2. Deneysel değişkenlerin belirlenmesi……………………………..59
2.10.3. Box-Wilson deneysel tasarım yöntemi ile gaz oluşumu,
KOİ giderimi ve asetik asit oluşumu için yapılacak
deneylerin belirlenmesi………….………………………………..60
xi
Sayfa
2.11. Deney Düzeneği…………………………………………………………61
2.11.1. Reaktör…………………………………………………………..61
2.11.2. Bağlantı elemanları………………………………………………62
2.11.3. Gaz toplama sistemi……………………………………………...62
2.12. Analiz Yöntemleri……………………………………………………..…63
2.12.1. Kimyasal oksijen ihtiyacı (Spektrofotometrik yöntem)…………63
2.12.2. Alkalinite (Asit kapasitesi) tayini……………………………….66
2.12.3. Asetik asit miktarı tayini………………………………………...67
2.12.4. Gaz ölçümü……………………………………………………...68
2.13. Deneysel Bulgular ve Tartışma………………………………………….68
2.13.1. Başlangıç analiz sonuçları ………………………………………68
2.13.2. Gaz oluşumu için elde edilen bulgular…………………………..69
2.13.3. KOİ giderimi için elde edilen bulgular………………………….79
2.13.4. Asetik asit üretimi için elde edilen bulgular…………………….87
3. SONUÇLAR ve ÖNERİLER…………………….…………………...………….99
KAYNAKLAR…………………………………………………………………….101
EKLER……………………………………………………………………………..104
EK-1 KOİ kalibrasyon eğrisi için yapılan ölçümler……………………………….105
ÖZGEÇMİŞ………………………………………………………………………..106
xii
ÇİZELGELERİN LİSTESİ
Çizelge
Sayfa
Çizelge 2.1. Başlıca anaerobik mikroorganizma grupları…………………………….5
Çizelge 2.2. Metan bakterilerinin kullandıkları besin maddeleri…..…………………8
Çizelge 2.3. Çeşitli kaynaklardan elde edilebilecek biyogaz verimleri ve
biyogazdaki metan miktarları…………...……………………………..26
Çizelge 2.4. Tipik bir biyogaz bileşimi…………………………………..……….....27
Çizelge 2.5. Değişik tavuk atıklarının gübre olarak besin bileşimi……………........28
Çizelge 2.6. Nem düzeyine göre tavuk gübresinin bileşimi………...……………....28
Çizelge 2.7. Biyogaz üretilmiş ve normal koşullarda elde edilmiş
gübrelerin kimyasal özellikleri…………………..…………………….29
Çizelge 2.8. Metan bakterilerin etkin oldukları sıcaklıklara göre çeşitleri …............31
Çizelge 2.9. Zehirleyici maddelerin anaerobik ayrışma sürecini
engelleyen derişimleri…………………………..…………...…………35
Çizelge 2.10. Avrupa’da 1994 yılı itibariyle endüstriyel anaerobik arıtma
tesislerinin ülkelere göre dağılımı……..……………………………...37
Çizelge 2.11. Dünya’daki anaerobik arıtma tesislerinin sektörlere
göre dağılımı………………………………………………………….37
Çizelge 2.12. Anaerobik arıtmada reaktör kullanımında eğilimler……………...…..38
Çizelge 2.13. Gelişmekte olan ülkeler veya kıtalarda biyogaz tesisleri……...……..39
Çizelge 2.14. Türkiye’de kullanılan anaerobik biyoteknoloji reaktörleri….…...…...41
Çizelge 2.15. Üç değişken için eksen, etken ve merkez noktaları…………..………46
Çizelge 2.16. Üç faktörlü ikinci dereceden plan matrisi……………………...……..47
Çizelge 2.17. Farklı sayıdaki değişkenler için no ve α değerleri…………………....48
Çizelge 2.18. ANOVA testinde kullanılan değerler……………………………..….48
xiii
Çizelge
Sayfa
Çizelge 2.19. Deneysel tasarım değişkenleri, seviye ve aralıkları…….…..………..60
Çizelge 2.20. Deneysel tasarım matrisinin kodlanmış ve doğal değerleri
ile 23 faktöryel merkezi bileşim değerleri……………………...……..61
Çizelge 2.21. Gaz oluşumu ve asetik asit deneylerinde kullanılan tavuk
gübresi ile KOİ ölçümünde kullanılan tavuk gübresinin
özellikleri………………………….…………………………….…...69
Çizelge 2.22. Oluşan gaz miktarları……….………………..……………….............70
Çizelge 2.23. Gaz oluşum hızları……..….…………….….…………….………..…71
Çizelge 2.24. Gaz oluşum hızı için hesaplanan katsayılar ve istatiksel
hesaplamalar …………………………………………………………72
Çizelge 2.25. Gaz oluşum hızı için model denklemine Anova testi
uygulanarak elde edilen sonuçlar……………………….…………….73
Çizelge 2.26. Gaz oluşum hızı için deneysel olarak bulunan ve modelden
hesaplanan değerler ve % hata değerleri……………………………..75
Çizelge 2.27. 24 saat sonundaki KOİ giderimi sonuçları…………...………………79
Çizelge 2.28. KOİ giderim hızı için bulunan katsayılar ve istatiksel
hesaplamalar………………………...….…………………………….80
Çizelge 2.29. KOİ giderim hızı için model denklemine Anova testi
uygulanarak elde edilen sonuçlar……………………………………..81
Çizelge 2.30. KOİ giderim hızı için deneysel olarak bulunan ve modelden
hesaplanan değerler ve % hata değerleri………………………..……83
Çizelge 2.31. Alınan örneklerdeki asetik asit miktarları………………….……...….88
Çizelge 2.32. Zaman ile alınan numunelerdeki asetik asitlerin oluşum hızları…......89
Çizelge 2.33. Asetik asit oluşum hızı için hesaplanan katsayılar ve istatiksel
hesaplamalar ……….……………………...…………………………90
Çizelge 2.34. Asetik asit oluşum hızı için model denklemine Anova testi
uygulanarak elde edilen sonuçlar…...….……………………………..91
Çizelge 2.35. Asetik asit oluşum hızı için deneysel olarak bulunan ve
modelden hesaplanan değerler ve % hata değerleri…...……...………93
xiv
Çizelge
Sayfa
Çizelge 2.36. Gaz oluşum hızı, KOİ giderim hızı ve asetik asit oluşum hızı
için belirlenen en uygun koşullar……….……………………………98
xv
ŞEKİLLERİN LİSTESİ
Şekil
Sayfa
Şekil 2.1. Anaerobik ayrışma basamaklarının genel gösterimi……...……..…….…...6
Şekil 2.2. Anaerobik arıtma sürecinin basamakları…………………….…...………..9
Şekil 2.3. Anaerobik sindirim sürecinin genel şekli……..……………………....….14
Şekil 2.4. Kesikli reaktör…………………………………………………...…….…18
Şekil 2.5. Sürekli karıştırmalı tank reaktör………………………………...………..19
Şekil 2.6. Katı geri beslemeli sürekli karıştırmalı tank reaktörü…………...……….20
Şekil 2.7. Piston akışlı reaktör…….……………………………...…………………21
Şekil 2.8. Yukarı akışlı çamur yataklı reaktör (UASB)…………...………………...22
Şekil 2.9. Akışkan yataklı ve genleşmiş yataklı reaktörler…………...……………..23
Şekil 2.10. İki fazlı sistemler………………………………………...……………...24
Şekil 2.11. Anaerobik arıtmada kullanılan diğer reaktörler………………...……….25
Şekil 2.12. Anaerobik arıtmada sıcaklığın gaz üretimine etkisi………...…………..32
Şekil 2.13. Deney düzeneği ve gaz toplama sistemi………………….…..…………63
Şekil 2.14. Deneysel olarak bulunan ve modelden hesaplanan gaz oluşum
hızlarının karşılaştırılması………...………..…………………….……...74
Şekil 2.15. Gaz oluşum hızı üzerine sıcaklık ve pH’ın etkisi……….………….…...76
Şekil 2.16. Gaz oluşum hızına sıcaklık ve pH’ın etkisinin eş yüzey
eğrileri ile gösterimi………………………...….………………………..76
Şekil 2.17. Gaz oluşum hızına katı yüzdesi ve sıcaklığın etkisi………………..…...77
Şekil 2.18. Gaz oluşum hızına katı yüzdesinin ve sıcaklığın etkisinin
eş yüzey eğrileri ile gösterimi………………...…………………………77
Şekil 2.19. Gaz oluşum hızına katı yüzdesi ve pH’ın etkisi………………….……..78
xvi
Şekil
Sayfa
Şekil 2.20. Gaz oluşum hızına katı yüzdesi ve pH’ın etkisinin
eş yüzey eğrileri ile gösterimi…………………………………………...78
Şekil 2.21. Deneysel olarak bulunan ve modelden hesaplanan
KOİ giderim hızlarının karşılaştırılması…………..……………….…..82
Şekil 2.22. KOİ giderim hızı üzerine sıcaklık ve pH’ın etkisi…….……..……....….84
Şekil 2.23. KOİ giderim hızı üzerine sıcaklık ve pH’ın etkisinin
eş yüzey eğrileri ile gösterimi……..……………………….……………85
Şekil 2.24. KOİ giderim hızı üzerine sıcaklık ve katı yüzdesinin etkisi…………….85
Şekil 2.25. KOİ giderimi hızı üzerine sıcaklık ve katı yüzdesinin etkisinin
eş yüzey eğrileri ile gösterimi……………….…………………………..86
Şekil 2.26. KOİ giderim hızı üzerine pH ve katı yüzdesinin etkisi…………………86
Şekil 2.27. KOİ giderim hızı üzerine pH ve katı yüzdesinin etkisinin
eş yüzey eğrileri ile gösterimi………..….…………………………..…..87
Şekil 2.28. Deneysel olarak bulunan ve modelden hesaplanan asetik asit
oluşum hızlarının karşılaştırılması…………...………………………….92
Şekil 2.29. Asetik asit oluşum hızı üzerine pH ve sıcaklığın etkisi…………...……94
Şekil 2.30. Asetik asit oluşum hızı üzerine pH ve sıcaklığın etkisinin
eş yüzey eğrileri ile gösterimi………………....………………………...95
Şekil 2.31. Asetik asit oluşum hızı üzerine katı yüzdesi ve sıcaklığın etkisi……......96
Şekil 2.32. Asetik asit oluşum hızı üzerine katı yüzdesinin ve sıcaklığın
etkisinin eş yüzey eğrileri ile gösterimi…………...…….………………96
Şekil 2.33. Asetik asit oluşum hızına katı yüzdesi ve pH’ın etkisi…………….……97
Şekil 2.34. Asetik asit oluşum hızına katı yüzdesi ve pH’ın etkisinin
eş yüzey eğrileri gösterimi…………………..……………………….….97
xvii
RESİMLERİN LİSTESİ
Resim
Sayfa
Resim 2.1. Deney düzeneği…………………………………...…………………….62
xviii
SİMGELER VE KISALTMALAR
Bu çalışmada kullanılmış bazı simgeler ve kısaltmalar, açıklamaları ile birlikte
aşağıda sunulmuştur.
Simgeler
Açıklama
C/N
Karbon azot oranı
Nd
Tasarımdaki deney sayısı
No
Merkez noktada yapılan deney sayısı
X1
Sıcaklık değişkeni, 0C
X2
pH değişkeni
X3
Katı madde yüzdesi, (%)
Y1
Gaz oluşum hızı, ml/g katı atık.gün
Y2
KOİ giderimi, g KOİ/l.g katı atık
Y3
Asetik asit oluşum hızı, g/l.g katı atık.saat
Ui
i değişkeninin kodlu değeri
α
Uç nokta değerleri, 1,68
R2
Regresyon katsayısı
K
Değişken sayısı
Xi
i değişkeninin gerçek değeri
Xio
i parametresinin ortalama değeri
∆Xi
i parametresinin adım ağırlığı
βo
Kayma
βi
Doğrusal modelin katsayıları
βij
Karesel modelin katsayıları
xix
Simgeler
Açıklama
Є
Y için hata
f
Serbestlik derecesi
η
Cevap yüzeyi
Kısaltmalar
Açıklama
ABR
Anaerobik baffled reaktör
ANOVA
Analysis of Variance
ASKİ
Ankara Su ve Kanalizasyon İdaresi
CSTR
Sürekli karıştırmalı tank reaktör
HKO
Hata karelerinin oranı
HKT
Hata karelerinin toplamı
HRT
Hidrolik alıkonma süresi
KOİ
Kimyasal oksijen ihtiyacı
MKO
Model karelerinin oranı
MKT
Model karelerinin toplamı
THKT
Toplam hata karelerinin toplamı
TK
Toplam katı
TKN
Toplam Kjeldahl azotu
UASB
Yukarı akışlı çamur yataklı reaktör
UK
Uçucu katılar
1
1.GİRİŞ
İnsanoğlunun artan gereksinimleri, enerji gereksinimlerinin ve çevre sorunlarının da
artışını beraberinde getirmiştir. Bu enerji gereksinimlerinin karşılanmaması ve çevre
sorunlarının önüne geçilememesi ülkemizi ve dünyamızı daha yaşanabilir bir hale
getirmeye engel olmaktadır.
Organik atıkların havasız ortamda arıtılması ile hem biyogaz oluşumu ile enerji elde
edilebilir hem de bu atıklar yüksek nitelikte gübreye dönüştürülebilir. Böylece enerji
gereksinimi ve çevre kirliliği sorunlarının önüne bir ölçüde geçilebilir.
Fosil yakıtlarından elde edilen enerjinin tükenmeye yaklaşmış olması ve bu atıkların
yüksek ithalat giderleri ve çevre sorunlarını da getirmesi, biyogaz gibi yenilenebilir
enerji kaynaklarının önemini arttırmaktadır.
Biyogaz, hayvan gübreleri ve bitkisel atıklar gibi organik atıkların oksijensiz ortamda
mikrobial parçalanması ile açığa çıkan, büyük bir kısmını metan gazının oluşturduğu
(%50-70) bir gazdır.
Organik
atıkların
oksijensiz
ortamda
parçalanması,
içinde
birçok
mikroorganizmaların rol aldığı biyokimyasal bir süreçtir.
Anaerobik arıtım genel olarak üç aşamalı bir süreç olarak ele alınabilir. İlk aşama
olan hidroliz basamağında mikroorganizmalar tarafından üretilen hücre dışı enzimler
polimerik organik bileşikleri basit çözülebilir bileşiklere ayrıştırır. İkinci aşamada
asit oluşturan bakteriler basit organik bileşikleri uçucu asitlere dönüştürür. Son
aşamada ise asetik asit kullanan metan bakterileri asetik asidi parçalayarak, hidrojen
kullanan metan bakterileri hidrojen ve karbondioksiti kullanarak metan üretirler.
Biyogaz tesislerinin en verimli şekilde çalışması için biyogaz üretimine etki eden
etkenlerin iyi anlaşılması gerekmektedir.
2
Bu çalışmanın amacı tavuk gübresinden biyogaz üretim basamakları için uygun
koşulların belirlenmesidir. Bu doğrultuda sıcaklık, pH ve katı madde yüzdesinin
(ağırlık/ağırlık) biyogaz üretim basamaklarında, gaz oluşum hızına, kimyasal oksijen
ihtiyacı giderimin hızına ve asetik asit oluşum hızına etkileri incelenmiştir.
3
2. TAVUK GÜBRESİNDEN BİYOGAZ ÜRETİMİ İÇİN EN UYGUN
KOŞULLARIN BELİRLENMESİ
2.1. Anaerobik Arıtım
Anaerobik arıtım organik atıkların oksijensiz ortamda biyolojik süreçlerle
parçalanarak, CH4, CO2, ve H2S gibi son ürünlere dönüştürülmesidir. Organik
atıkların çürümesi sonucu metan ortaya çıktığı 18. yy’dan beri bilinmektedir.
19.yüzyılın ortalarında bu ayrışmada bakterilerin rol oynadığı anlaşılmıştır. Bununla
birlikte anaerobik arıtmanın evsel atık su arıtma tesisi çamurlarının çürütülmesinde
kullanılabileceği 1881 yılında ortaya koyulmuştur. Bu tarihten sonra anaerobik
arıtmanın atık su arıtımındaki uygulamaları ile ilgili çalışmalarda süreç biyokimyası
ve mikrobiyolojisi alanındaki gelişmelere koşut bir artış görülmüştür. Yakın zamana
kadar yalnız biyolojik arıtma çamurlarının çürütülmesinde uygulanan havasız arıtma
süreci, son yıllarda endüstriyel ve evsel atık suların arıtılmasında da yaygın olarak
kullanılmaya başlanmıştır [1].
Aerobik sistemler enerji maliyetlerinin hızla artmaya başladığı 1970’li yıllara kadar
atık su arıtımında en çok kullanılan sistemler idi. Artan enerji maliyetleri, kullanılan
arıtma sistemlerinin yatırım ve işletme giderleri bakımından yeniden incelenmesini
gündeme getirmiş ve bunun sonucu olarak da anaerobik arıtma sistemleri
geliştirilmiştir [1].
Anaerobik arıtmanın tercih edilmesini gerektiren birçok neden bulunmaktadır:
- Kimyasal oksijen ihtiyacı (KOİ) değeri 1500 mg/L den büyük olan atık suların
anaerobik arıtımı, aerobik arıtmaya göre önemli ölçüde daha ekonomiktir,
- Anaerobik arıtma sistemlerinde oluşan biyolojik çamur miktarı aerobik sistemlere
göre çok azdır. Genelde aerobik arıtmaya giren 100 gram organik karbondan
yaklaşık 50 gram biyolojik çamur oluştuğu halde anaerobik arıtmada buna karşı
ortaya çıkan çamur miktarı 1 ila 5 gram dolaylarındadır. Dolayısıyla anaerobik
arıtmada giderilen organik karbonun % 90-98’i biyogaza dönüştürülür,
4
- Anaerobik arıtma tesisleri, aerobik sistemlere göre daha az alan kaplarlar,
- Besin (N,P) gereksinimi aerobik süreçlerin % 5-20’si dir,
- Anaerobik biyokütle aktivitesini kaybetmeksizin aylarca tutulabilir,
- Aerobik süreçlerdeki 500~200 kw-sa / 100 kg KOİ lik bir havalandırma enerjisine
karşılık anaerobik süreçlerde böyle bir gereksinim yoktur. Böylelikle enerji
tüketilmez, aksine enerji (biyogaz) üretilir. Anaerobik yolla 100 kg KOİ giderimi
sonunda 2700 kw-sa eşdeğeri net enerji üretilebilir[1].
Anaerobik arıtmanın bu üstünlükleri yanında bir kısmı atık türüne de bağlı olmak
üzere bazı sakıncalıkları da vardır. Düşük sıcaklık veya çok seyreltik ve düşük
alkalinitesi olan atık sular ile boşaltım standartlarının çok düşük biyokimyasal
oksijen ihtiyacı (BOİ5) ve/veya toplam azot ve fosfor sınırları gerektirdiği
durumlarda anaerobik arıtma tek başına uygun olmayacaktır. Anaerobik arıtma ile
ilgili aşağıda verilen kısıtlar da göz önünde tutularak gerekli hallerde aerobik arıtma
yöntemlerinin seçilmesi daha uygun olabilir.
- İşletmeye alma süresinin daha uzun olması
- Seyreltik ve karbonhidratlı atıklarda düşük alkaliniteye bağlı ek alkalinite
gereksinimi
- Seyreltik atıklarda üretilen metanın reaktörlerin ısıtılması için yeterli olmayışı
- Sülfatlı atık sularda H2S ve koku sorunu
- Klorlu organiklerin anaerobik arıtmada, aerobik arıtmaya göre daha zararlı oluşu
- Düşük sıcaklıklarda arıtma hızının düşük oluşu
- Yüksek biyokütle aktivitelerinin oluşabilmesi için NH4 derişimlerinin de 40-70
mg/L gibi yüksek düzeylerde tutulma gereği
- Bazı tür endüstriyel atıklarda reaktör içinde ve boru aksamında önemli inorganik
çökelti ve taşlaşma sorunları [1].
5
2.2 Anaerobik Arıtımın Temelleri
2.2.1 Mikrobiyoloji
Anaerobik arıtma asit bakterileri ve metan bakterileri başta olmak üzere değişik
mikroorganizma gruplarının rol aldığı oldukça karmaşık bir biyokimyasal süreçtir.
Asit bakterileri ve metan bakterileri de kendi arasında her biri ikişer alt gruba
ayrılmaktadır(Çizelge 2.1).
Çizelge 2.1. Başlıca anaerobik mikroorganizma grupları [1]
Asit Bakterileri
Bütirik ve propiyonik asit üretenler
Asetik asit üretenler
Metan Bakterileri
Asetik asit kullananlar
Hidrojen kullananlar
Organik atıkların anaerobik ayrışması en genel halde üç basamaklı bir süreç şeklinde
ele alınabilir (Şekil 2.1).
1. Mikroorganizmalar tarafından üretilen hücre dışı enzimlerin organik bileşikleri
basit çözülebilir bileşiklere ayrıştırdığı hidroliz basamağı
2. Asit oluşturan bakterilerin basit organik bileşikleri uçucu asitlere dönüştürdüğü
asit üretim basamağı
3. Asetik asit kullanan metan bakterilerinin asetik asiti parçalayarak, hidrojen
kullanan metan bakterilerinin hidrojen ve karbondioksiti kullanarak metan ürettikleri
metan üretimi safhası
6
Şekil 2.1. Anaerobik ayrışma basamaklarının genel gösterimi [2]
Hidroliz
Hidroliz, hücre dışı enzimlerce gerçekleştirilen oldukça yavaş bir süreçtir. Bu sürecin
hızını etkileten en önemli etkenler pH, sıcaklık ve mikroorganizma bekleme süresi
(çamur yaşı) dir. Yağlar çok yavaş hidrolize olduğundan önemli ölçüde yağ ve diğer
yavaş hidrolize olan maddeler içeren atıkların anaerobik arıtımında hidroliz hız
sınırlayıcı bir faktör olabilmektedir. Özellikle bazı selülozlu atıkların anaerobik
arıtımında da hidroliz sınırlayıcı rol oynar. Lignin de oldukça karmaşık bir maddedir
ve rasgele moleküler yapısı dolayısı ile anaerobik koşullarda hiç hidroliz olmaz veya
tepkime hızı çok düşük olur [1].
Asit üretimi
Bu basamakta hidroliz ürünleri asetik asit veya reaktördeki işletme koşullarının
kararlı olmaması halinde, propiyonik, bütirik, izobütirik, valerik ve izovalerik asit
gibi, ikiden fazla karbonlu yağ asitlerine dönüştürülür. Kararlı anaerobik süreçlerdeki
yağ asitleri derişimi oldukça yüksek düzeylerde bulunur (100-300 mg HAc/L).
Anaerobik reaktörlerin işletmeye alınma basamağında uçucu asit derişiminin 10001500 mg HAc/L ’yi geçmemesi arzu edilir. Asit üretimi basamağında iki farklı
bakteri grubu görev yapmaktadır. Birinci grup bakteriler organik polimerlerin
7
hidrolizinde ve sonrasında da açığa çıkan monomerler gibi hidroliz ürünlerinin
organik asit ve çözgenlere dönüştürülmesinde rol alırlar. Bazı asidojenik bakteri
türleri (homoasetojenik bakteri) karbonhidratları kullanarak asetik asit üretirler [1].
Diğer bir tür de belirli koşullarda H2 üretir. Homoasetojenik diye tanımlanan bir
bakteri türü ise hidrojen, karbondioksit ve formik asit tuzunu asetata fermente ederler
[3].
Asetik asit bakterileri çoğalmaları için gerekli enerjiyi organik asit ve çözgenlerin
asetik asit, H2 ve CO2’e parçalanması sonucu açığa çıkan enerjiden sağlarlar.
Termodinamik nedenlerle asetik asit bakterileri sadece H2 kullanan mikroorganizma
alt grupları ile birlikte yaşarlar. Asetik asit bakterileri aynı zamanda H2 üreten
asetojenik bakteriler olarak da anılmaktadırlar.
Düşük SO4-2 derişimlerinde belirgin olmamakla birlikte sülfat gideren bakteriler de
özellikle metan üretimini çeşitli şekillerde etkileyebilmektedir. Bu bakteriler bir
yandan bazı organik asit ve alkolleri asetik aside oksitlerken aynı zamanda sülfatları
da H2S’e dönüştürmektedirler. H2S metan bakterileri için lüzumlu bir besin
olduğundan, H2S’in başka kaynaklardan karşılanmaması halinde ortamdaki sülfatın
kullanılması gereklidir. Bununla birlikte SO4-2 derişimi çok yüksek olursa, sülfat
giderimi sonucu, H2S derişimi metan bakterileri için zehirli olabilecek düzeylere
ulaşabilir ve sülfat gideren bakteriler metan bakterileri ile H2 için rekabete
girebilirler. Ortamda yeterince SO4-2 olmaması halinde sülfat gideren bakteriler asetik
asit üreten bakteriler gibi H2 üretecek tarzda etkinlik gösterebilmektedirler.
Asit üretim hızı metan üretim hızına göre daha büyük olduğu için, çözünmüş organik
madde derişimlerindeki ani artış asit üretiminin artması sonucu sistemde asit
birikimine yol açar. Böyle bir durum bir sonraki adım olan metan üretimi adımında
zehirlenmeye neden olabilir. Asit üretimine koşut olarak, protein ve aminoasitlerin
ayrışmasından NH4+ da açığa çıkar. Amonyum derişimi genelde havasız süreçlerde
zehirlenmeye neden olacak düzeyde olmamakla birlikte azotça zengin endüstriyel
atık sularda sorun oluşturabilir [1].
8
Metan Üretimi
Metan üretimi yavaş bir süreçtir ve genellikle havasız arıtmada hız sınırlayıcı
basamak olarak kabul edilmektedir. Metan, asetik asidin parçalanması ve/veya H2 ile
CO2’in birlikte kullanılması sonucu üretilir. Havasız reaktörlerde üretilen CH4’in
yaklaşık %30’u H2 ve CO2’den %70’i ise asetik asidin parçalanmasından
oluşmaktadır. H2 ve CO2 den metan üreten bakteriler, asetik asit kullanan bakterilere
nazaran çok daha hızlı bir şekilde çoğalmaktadırlar. Dolayısı ile ortamda yeterli H2
ve CO2 olduğu ve H2 kısmi basıncı da uygun olduğu sürece bu yolla CH4 üretimi
devam eder. Ancak metan üretimi basamağının her zaman hız sınırlayıcı olması söz
konusu değildir, bazen hidroliz basamağı daha kritik olabilir.
Anaerobik arıtma sürecinin basamakları Şekil 2.2’de ayrıntılı olarak verilmiştir.
Metan bakterileri, fizyolojik yapıları gereği en etkili şekilde pH=6.7-8.0 aralığında
etkinlik gösterirler. Grup halinde metan bakterilerinin kullanabilecekleri besin
maddeleri oldukça sınırlı olup bunlar asetik asit, H2 ve tek karbonlu bileşiklerdir
(Çizelge 2.2).
Çizelge 2.2. Metan bakterilerinin kullandıkları besin maddeleri [1]
Besin maddeleri
Son ürünler
CO2 + 4H2
CH4 + 2H2O
Asetik asit
0,25 CH4 + 0,75 CO2 + 0,5 H2O
Metonal
0,75 CH4 + 0,25 CO2 + 0,5 H2O
Metilamin + 0,5 H2O
0,75 CH4 + 0,25 CO2 + NH3
Dimetilamin + H2O
1,5 CH4 + 0,5 CO2 + NH3
Trimetilamin + 1,5 H2O
2,25 CH4 + 0,75 CO2 + NH3
9
Şekil 2.2. Anaerobik arıtma sürecinin basamakları [1]
2.2.2. Anaerobik mikroorganizmalar arasındaki karşılıklı ilişkiler
Asetat kullanan metan bakterileri fermentasyon bakterileri ile ortak çalışarak asetik
asit derişimi ve pH’ı denetlerler. Asetat kullanan metan bakterilerinin çoğalma hızları
fermentasyon bakterilerinin çoğalma hızlarına göre yavaştır. Dolayısı ile organik
yükün artması durumunda asit üretimi istenen şekilde gerçekleşebildiği halde, metan
üretimi aynı hızla gerçekleşmeyebilir. Bu yüzden reaktörde aşırı uçucu asit birikimi
gerçekleşebilir.
Anaerobik arıtma sürecinin durumu biyogaz içeriğindeki Hidrojen derişimi izlenerek
açıklanabilir. Gaz fazındaki Hidrojen derişiminin artması halinde hidrojen kullanan
bakterilerce CO2 ve H2’den CH4 üretimi azalmaktadır. Bu en basit şekilde glikozun
şok yükler halinde beslenmesi sonucu anaerobik reaktörlerde oluşan aşağıdaki
tepkime ile açıklanabilir.
10
Sisteme glikoz ani olarak verildiğinde, fermentasyon (asit) bakterileri bu şok yüke
kısa sürede uyum göstererek yukarıdaki tepkimeye göre asetik asit üretirler. Bu
durum pH’ın düşmesine neden olur ve metan bakterilerinin rol oynadığı
reaksiyonların hızını yavaşlatarak ortamda H2 birikmesine yol açar. Reaktörde H2
derişiminin artması
- Toplam asit üretim hızının düşmesine yol açar. Bu halde sistemin kararlı hale
dönebilmesi için ek zaman gerekir.
- Bütirik ve propiyonik asit derişimlerinin artmasına neden olur. Bu da asetik asit
üretimini ve asetat kullanan metan bakterilerinin CH4 üretmelerini engeller.
Karmaşık organik maddelerin metana dönüştürülmesinde hidrojen üreten ve hidrojen
kullanan bakteriler de önemlidir. Hidrojen üreten ve kullanan bakteriler için
hidrojenin kısmi basıncı ile serbest enerji düzeyi arasındaki ilişki konunun önemini
daha net bir şekilde açıklamaktadır. Buna göre propiyonik asidin asetik asit ve
hidrojene parçalanabilmesi için ortamdaki H2’in kısmi basıncının 10-4 atmosferi (100
mg/L) aşmaması gerekir. Bu düşük basınç ortamında hidrojen kullanan metan
bakterileri için gerekli enerji kısmi basıncın 1 atm olması haline göre önemli ölçüde
azaltılmış olmakta ve sonuç olarak tepkime kolaylaştırılmaktadır. Diğer bir deyişle
birim hacim Hidrojeni kullanmak için gerekli bakteri miktarı daha da azalmaktadır.
Bu yüzden H2 kullanan metan bakterilerinin en yüksek hızla etkinliği için H2 kısmi
basıncının 10-4-10-6 atm aralığında tutulması büyük önem taşır [1].
2.2.3. Biyokimya
Anaerobik reaktörlerde arıtılan organik atıkların içeriğindeki başlıca organik
maddeler polisakkaritler, lignin, proteinler, azotlu bileşikler ve yağlardır. Bu
11
maddelerin yapı ve işlevlerinin ana hatlarıyla da olsa bilinmesi anaerobik arıtmada
oluşan biyokimyasal olayların daha iyi anlaşılmasında yarar sağlar.
Polisakkaritler
Polisakkaritler selüloz, hemiselüloz ve pektinleri içermektedirler. Saf selüloz tıpkı
nişasta gibi glikozun bir polimeridir. Fakat kolay hidrolize olamaz.
Hemiselüloz ve pektinler, selülozun aksine belirsiz yapıdaki maddelerin heterojen
karışımlarıdır ve çeşitli çözücülerdeki çözünürlükleri ile belirlenirler. Polisakkaritler
genel olarak havasız ortamda ayrıştırılabilmektedir. Polisakkaritlerin hidroliz yolu ile
monosakkaritlere parçalanması sırasında şekerler enerji kaynağı olarak kullanılır.
Glikozun polimerleri olarak ele alındığı takdirde polisakkaritlerin hidroliz yolu ile
tam anaerobik fermentasyonu
(C6H10O5)n + (n-1)H2O → 3nCH4 + 3nCO2
tepkimesi ile verilir. Bu denklemden hareketle, genel formülü CnH2nOn olan bir
karbonhidratın polimerleri için gaz verimi hesaplandığında, standart koşullarda
giderilen uçucu katı maddenin kilogramı başına 0,75 m3 gaz üretebileceği
görülmektedir.
Lignin
Lignin aynı tip monomerlerin ardışık bağlanmış şekli olmayıp, farklı tipteki
monomerlerden oluşur. Bu yüzden ligninin yapısı henüz tam olarak anlaşılmış
değildir. Lignini oluşturan monomerler en az beş farklı tarzda bir araya gelebilmekte
ve bunlardan hiçbiri de anaerobik olarak kolayca hidroliz olmamaktadır.
12
Proteinler
Proteinler yirmi kadar doğal aminoasidin polimerleridir. Havasız fermentasyon
öncesinde proteinlerin bünyesindeki azot; amonyak, asetat, propiyonat ve bütirat gibi
belli başlı fermentasyon ürünlerine çevrilerek uzaklaştırılır. Havasız reaktörlerde
proteinlerin mikroorganizmalarca gazlara ve amonyağa dönüştürülmesi süreci,
2C5H7NO2 + 6 H2O → 5CH4 + 5CO2 + 2NH3
tepkimesiyle ifade edilir.
Azotlu bileşikler
Bilinen en önemli azotlu bileşik, hayvansal bir organik atık olan üre; CO(NH2)2 dir.
Üre anaerobik bakterilerce amonyak ve CO2 e parçalanır.
CO(NH2)2 + H2O → CO2 + 2NH3
Üre, suda çözündüğü için, havasız reaktörlerin çıkış sularında önemli oranda azot
bulunabilir. Kuş gübrelerindeki ürik asit de aynı şekilde suda iyi çözünen bir
bileşiktir. Ürik asidin deaminasyonu sırasındaki NH3 kaybı ile çiftlik gübrelerinde
önemli oranda azot giderimi olmaktadır. Buna rağmen özellikle tavuk gübrelerinin
çürütüldüğü tesislerde, arıtılmış çamurdaki NH3 derişimi yüksek değerler almaktadır.
Azotlu bileşiklerin fermentasyonu sonunda formik, asetik, propiyonik ve laktik asit
gibi yağ asitleri ile CO2 ve H2 gazları oluşmaktadır.
Yağlar (Lipidler)
Yağlar suda çözünmeyen ancak, organik çözücülerde çözünebilen heterojen organik
bileşiklerdir. Lanolin ve benzeri bazı yağ türleri havasız ayrışma süreci ile
parçalanamamaktadır.
13
Yağ asitlerinin genel formülleri CH3(CH2)n COOH olup asidin COOH kökünden
asetil grupları ardışık olarak koparılarak asetik asit ve H2’ne dönüştürülür [1].
2.2.4. Anaerobik arıtımda basamaklar arasındaki denge
Havasız reaktörlerdeki mikroorganizmalarca kullanılan organik maddeler hücre
sentezi için karbon ve enerji kaynağıdır. Havasız ayrışma süreci sonucu açığa çıkan
son ürünler, CH4 ve CO2, çeşitli bakteri gruplarının rol aldığı oldukça karmaşık
biyokimyasal tepkime sonucu elde edilirler. Bu yönü ile havasız ayrışma sürecindeki
bir üst kademe ürünleri bir sonraki basamak için besi maddesi durumundadır ve
sistemin başarısı olayda rolü olan mikroorganizma topluluklarının son derece
organize ve birlikte çalışmalarına bağlıdır. Asit üretimi basamağında gerekli hızla
asit üretilememesi metan basamağına hemen yansır ve asetat kullanan metan
bakterilerinin CH4 üretimi engellemiş olur [1].
2.3. Anaerobik Sindirim Süreçlerine Genel Bir Bakış
Metan fermentasyonuna dayalı anaerobik sindirim sürecinin genelleştirilmiş şekli
Şekil 2.3’deki gibidir
Biyokütle ve atıklar boyut küçültme için parçalanır ve öğütülür. Biyolojik sindirimi
arttırmak için bazı ön işlemler uygulanır.
Bir sürekli karıştırmalı reaktör içinde besleme ya doğrudan ya da bulamaç olarak
tipik 1,6 kg/m3 gün yükleme hızında ve 15-20 gün hidrolik alıkoyulma süresinde
eklenir. Genellikle 35 0C mezofilik sıcaklıkta işletmeye alınan bu sürekli karıştırmalı
reaktörde karışık bakteri topluluğu organik maddelerin (uçucu katılar) % 50 sini
metana ve karbondioksite (CH4/CO2 : 60/40) dönüştürür. Bu da 0,25 m3 metan / kg
eklenen uçucu katıya eşittir.
14
Şekil 2.3. Anaerobik sindirim sürecinin genel şekli [3]
Çıkıştaki katılar ikinci bir sindiriciye koyulabilir ve doğrudan veya posa işleminden
sonra yeniden işletmeye alınabilir. Posa işlemi sürecinden sonra katılar gübre veya
hayvan yemi olarak kullanılabilir veya katılara ısıl dönüşüm uygulanabilir.
Suyun üstünde yüzen kısımlar yeniden işletmeye alınabilir, gübre olarak
kullanılabilir, hayvan yemi olarak kullanılabilir veya elden çıkarma için uygun bir
şekilde işletilir.
Üretilen gaz doğrudan veya karbondioksit ve az miktarda bulunan hidrojen sülfürün
uzaklaştırılmasıyla kullanılabilir.
Yukarıdaki süreç, atık arıtma işletmelerinde bulunabilen klasik bir sürece aittir ve
şemada bazı değişikliklerin yapılması mümkündür.
Metan yüzdesi beslemedeki anaerobik koşullarda hidrolize olabilen organik madde
kısmı ile sınırlıdır. İşletme hızı çözülebilen besleme bileşenleri için metan
bakterilerinin büyüme hızı ile, tanecikli besleme bileşenleri için hidroliz hızı ile
15
sınırlıdır. Bu sınırlayıcıların üstesinden gelebilmek için yapılan araştırmalar
reaktörün içindeki mikroorganizmaların ve katıların alıkoyulma süresini arttırma
yöntemleri üzerinde ve biyolojik arıtmayı arttırmak için ön işlem üzerine
odaklanmıştır [3].
2.4. Proses Değerlendirmesi
Çeşitli atıkların anaerobik sindiriminin veya sindirim reaktörlerinin tasarımlarının
performansının değerlendirilmesindeki başlıca ölçütler, metan yüzdesi, metan üretim
hızı, organik maddedeki azalma, kültür kararlılığı, ısıl verimi ve sürecin
ekonomisidir.
Metan yüzdesi eklenen organik madde miktarı ile ilgili olarak üretilen metanın
miktarıdır ve genellikle m3 / kg eklenen uçucu katılar olarak ifade edilir.
Metan üretim hızı günde etkin reaktör hacmi başına üretilen metanın hacimsel olarak
miktarı ile ilgilidir.
Organik maddedeki azalma verimi önemli bir parametredir, çünkü metan yüzdesini
doğrudan etkiler. Başka bir süreci veya dışarıya salma işini gerektiren süreç
atıklarının miktarı ile ilgilidir.
Bazı hammadde birleşimleri ve işletme koşulları mikroorganizma nüfusunda
dengesizliğe ve bunun sonucunda reaktörün performansında düşüşe ve durmaya yol
açabilir. Bu durum gaz üretimindeki düşüş, uçucu asit derişimindeki artış ve pH
düşüşü ile tanımlanır.
Metan yüzdesini etkileyen iki ana etken hammadde içeriği ve aşı özellikleridir.
Biyolojik olarak ayrışabilen organik bileşiklerin içeriği metan yüzdesini etkiler.
Yağlar ve proteinler şekerler gibi oksitlenmiş bileşiklere göre daha fazla yüzdede
metan üretirler. Lignin gibi bazı doğal organik bileşikler uzun bekleme sürelerinde
dahi anaerobik koşullarda ayrışmaya dayanıklıdırlar. Bu da neden göl tortularında ve
16
turba, yağ ve kömür gibi fosil yakıtlarında organik madde biriktiğini açıklar. Bu
sindirim güçlülüğü anaerobik bakterilerdeki enzim eksikliğinden ve başlangıç
hidroliz tepkimelerinin tamamlanması için birçok enzimin oksijen ihtiyacı
duymasından kaynaklanır.
Bazı bileşikler kendilerini anaerobik sindirime karşı dirençli hale getiren diğer
bileşiklerle birlikte bulunabilirler. Örneğin, lignin selülozun ayrışmasını bu tarzda
etkiler.
Beslemedeki bazı bileşiklerin ayrışmasındaki eksiklik bu bileşiklerin sindirime karşı
direncinden
ziyade
mikroorganizmaların
onları
sindirimindeki
başarısındaki
eksikliğe yorulabilir.
Birçok organik atık ve biyokütle çeşidi için varlığını sürdürebilen aşı, karışık organik
bileşiklerinin metanojenik havasız ayrışmasının doğal olarak gerçekleştiği anaerobik
çamur çürütücüler, anaerobik göl tortuları veya hayvan dışkısı gibi çevrelerden
sağlanabilir.
Metan üretim hızı diye ifade edilen süreç kinetiği anaerobik sindiricilerin işletmesi
ve tasarımı için önemlidir. Çeşitli beslemeler ve işletme koşulları için tipik metan
üretim hızı tanecikli beslemeler için 0,5-5 hacim / aktif reaktör hacmi×gün arasında
değişir. Çözülebilen besleme için ise 10 hacim / aktif reaktör hacmi×gün üzerinde
olur. Genellikle yüksek yükleme hızları metan yüzdesinde azalmaya neden olur.
Anaerobik sindirimin kinetiğini etkileyen başlıca etkenler besleme derişimi, sıcaklık,
besinler, karıştırma, parçacık boyutu, beslemedeki zehirleyici bileşenler ve besleme
aralığıdır [3].
17
2.5. Reaktör Tasarımı
Geliştirilen ve tasarlanan yeni reaktör projeleri; metan yüzdesinin en yüksek
derecede olması, ürün oluşum hızının iyileştirilmesi, süreç kararlılığının arttırılması,
süreç için gereken enerjinin azaltılması ve reaktörlerin maliyetinin azaltılması
amaçlarını taşımalıdır.
Metan yüzdesinin iyileştirilmesi önceden de bahsedildiği gibi biyolojik ayrışması
yüksek olan besleme seçimi, ön işlem ve aşının geliştirilmesi ile başarıya ulaşabilir.
Metan yüzdesindeki kazanç kaybının olmaması, mikroorganizma ve katıların yüksek
alıkoyulma süresi, termofilik sıcaklık, en küçük parçacık boyutu, yeterli besin,
sürekli besleme ve zehirleyici bileşenlerin yokluğu ile sağlanabilir.
Yüksek metan yüzdesi ve oluşum hızı elde etmek için oluşturulan koşullar her zaman
süreç ekonomisi için uygun olmayabilir. Örneğin, yüksek sıcaklık, parçacık
boyutunu düşürme, ön ısıtma metan yüzdesini ve metan oluşum hızını arttırabilen
etkenlerdir. Fakat bunun sonucunda süreçden elde edilen net enerjide azalma, proses
maliyetinde artma olabilir.
Birçok uygulamalarda geleneksel karıştırmalı tank reaktörlerinin anaerobik sindirim
için uygun olmadığı anlaşılır hale geliyor. Bu reaktörün kullanılmasındaki sıkıntılar,
henüz reaksiyona girmemiş katıların ve etkin mikroorganizmaların yüksek yükleme
hızlarında sürüklenerek dışarı çıkması, başarılı bir tam karıştırma yapılmasının zor
olması, karıştırma için enerjiye ihtiyaç olması, karıştırma anında mikrobial nüfusun
birlikteliğinin bozulmasıdır.
Yeni geliştirilen reaktör biçimleri; metan yüzdesinin ve metan üretim hızının
arttırılması, süreç kararlılığının ve elde edilen net enerjinin arttırılması, işletmeyi ve
tasarımı basitleştirmek ve ekonomiyi geliştirmek amaçları altında geliştirilmektedir.
Bu tasarımlardan bazılarının ilkeleri aşağıda anlatılmıştır [3].
18
2.5.1 Kesikli reaktör
En basit ve dünyada en yaygın olarak kullanılan anaerobik sindirim reaktörü kesikli
reaktördür (Şekil 2.4). Başka bir kaynaktan veya kullanılmakta olan bir anaerobik
sindirim reaktöründen alınan aşıya besleme eklenir. Gaz üretimi duruncaya kadar
veya ihmal edilebilir duruma gelinceye kadar fermentasyona devam edilir. Bu tip
üretim yaygın olarak eve ait yerlerde veya çiftliklerde kullanılır.
Arazi doldurma biçiminde kesikli anaerobik sindirim reaktörünün geniş ölçekli
kullanımı belediyeye ait katı atıklar için kullanılır.
Kesikli sindirim reaktörlerinin üstünlüğü yüksek katı derişimlerinde çalışabilmesidir.
En büyük sakıncalığı ise fermentasyon sırasında bakteri nüfusundaki değişiklikten
dolayı bu rektörün oldukça kararsız olması ve kontrol edilememesidir. Bu
değişiklikler bakteri nüfusundaki dengesizliğe, reaktörün çalışmamasına, ürün
gazının içeriğinde ve miktarında değişikliklere sebebiyet verir.
Şekil 2.4. Kesikli reaktör
2.5.2 Sürekli karıştırmalı tank reaktör (CSTR)
Sürekli karıştırmalı tank reaktör atık su arıtma ünitelerinde genel olarak kullanılan
anaerobik sindirim reaktörüdür.
Reaktöre besleme verilir ve eşit hacimde atık
reaktörden dışarı atılır (Şekil 2.5). Bu reaktörde katı ve sıvı alıkoyulma süreleri
eşittir. Yükleme hızı arttıkça alıkoyulma süresi düşer, reaksiyona uğramamış katılar
ve mikroorganizmalar sürünerek reaktörden dışarı çıkar. Başlangıçtaki hidroliz
19
reaksiyonlarında azalma görülür ve yavaş büyüyen bakteriler de kendilerinden
yararlanılmadan atılmış olur.
Yükleme hızının artması bakteri nüfusunda dengesizliğe, uçucu asitlerin birikmesine
ve reaktörün durmasına yol açabilir. Bu reaktörün başka bir sakıncası ise tam
karıştırmanın büyük reaktörlerde zor gerçekleşmesidir.
Şekil 2.5. Sürekli karıştırmalı tank reaktör
2.5.3. Katı geri beslemeli sürekli karıştırmalı tank reaktörü
Bu reaktör çöktürme yaparak, reaksiyona girmeyen katıların ve mikroorganizmaların
bekleme süresini arttırma yoluyla tepkime kinetiğini düzeltir ve katıların geri
beslemesini sağlar (Şekil 2.6).
Bu süreç anaerobik reaktörlerde etkin bakterilerin nüfusunu sürdürmek için katı
beslemenin yararlı olduğu durumlarda çözünebilir endüstriyel atık ve diğer
beslemelerin arıtımında yaygın olarak kullanılır. Yapılan çalışmalarda bu sürecin
tanecikli beslemeler için başarısı kanıtlanmıştır.
Bu tasarının bir sakıncalığı, mikroorganizma ve katıların bekleme süresinin
arttırılması için fazladan donanıma ihtiyaç duyulmasıdır.
20
Şekil 2.6. Katı geri beslemeli sürekli karıştırmalı tank reaktörü
2.5.4. Piston akışlı reaktör
Anaerobik arıtmada kullanılan bu tür bir piston akışlı reaktör uzunca ve
karıştırmasızdır. Besleme bir baştan diğer başa kadar taşınır ve buradan dışarı atılır
(Şekil 2.7).
Gaz üretimi sırasında az miktarda dikey karıştırma gerçekleşir. Boylamasına
karıştırma çok azdır. Böylece faz ayrımı gerçekleşmesi sağlanır. Mekanik
karıştırmanın olmamasından dolayı katılar çöktürülür ve katılar sıvı kısımdan daha
fazla alıkoyulma süresine sahip olurlar.
Çıkışa doğru metan üretimi artarken girişte hammadde hidrolizi ve asit üretimi
gerçekleşir. Ancak işletmeye dahil edilen bir katı geri beslemesi veya girişteki
besleme ile bir aşı temin edilmezse mikroorganizmalar işlevini yerine getiremeden
sistemden çıkabilir.
Mikroorganizmaların işlevini yerine getirmeleri için başvurulan başka bir yöntem de
dikey setler koyarak oluşturulan ölü bölgelerde mikroorganizmaların barındırılmasını
sağlamaktır. Setler konularak elde edilen bu reaktörün, sürecin kararlılığının artması,
daha yüksek dönüşüm veriminin olması, maliyetinin ucuz olması gibi üstünlükleri
vardır.
21
Şekil 2.7. Piston akışlı reaktör
2.5.5. Yukarı akışlı çamur yataklı reaktör (UASB)
Yukarı akışlı çamur yataklı reaktörlerde çözülebilir organik beslemeler, esasen
mikroorganizmalardan ibaret olan katıların oluşturduğu yoğun bir yatak içinden
yukarı doğru hareket ederler (Şekil 2.8).
Oluşan gazı katılardan ayırmak, katıların su üstünde yüzmelerini ve doğrudan dışarı
çıkmalarını önlemek amacıyla çeşitli ayıraçlar kullanılır. Bu sistemle çözülebilen
beslemeler yüksek metan üretim hızına ve metan oranına ulaşılabilir.
Bu sürecinin, yukarı akışlı katı reaktörü diye bilinen geliştirilmiş bir hali tanecikli
beslemelerde de kullanılmaktadır. Bu reaktörde tepkimeye girmemiş katılar ve
mikroorganizmalar pasif çöktürme ile reaktörde muhafaza edilir. Katılar UASB
reaktöründeki gibi yayılmaz. Sürekli karıştırmalı tank reaktöründen önemli derecede
daha yüksek metan üretim hızı ve metan yüzdesine ulaşılır.
22
Şekil 2.8. Yukarı akışlı çamur yataklı reaktör (UASB)
2.5.6. Film reaktörleri
Genleşmiş veya akışkan yataklı ve havasız filtre reaktörleri gibi film reaktörler,
üzerine bakterilerin tutunduğu katı ortam içerirler. Bu, bakterilerin etkinlik
göstermeden reaktörden çıkmasını önler. Mikroorganizmaların birlikteliğinin kararlı
olmasına yardımcı olur. Havasız filtre reaktörü çakıl, kaya, odun kömürü veya
plastik araçlarla doldurulmuş filtre yatağı içerir. Bu araçlar rasgele veya yöneltilmiş
olabilir. Akış aşağı veya yukarı doğru olabilir. Genleşmiş yataklı ve akışkan yataklı
reaktörler Şekil 2.9’da gösterilmiştir.
Bu tip sistem, çözünebilir atıkların biyometanojenik dönüşümünün yüksek hızda
olmasını sağlar. Havasız filtre çift fazlı sistemlerin metan fazı kısmı için
düşünülebilir. Yüksek askıdaki katı miktarı içeren beslemeler sistemi engelleyeceği
için uygun değildir.
İkinci bir film reaktörü tipi ise genleştirilmek ve akınlaştırılmak için yeterli
küçüklükte inört parçacıklar içerir. Bakteri parçacıklara bağlanır ve reaktör içerisinde
tutulur.
Dolgulu yatak sisteminin iki büyük üstünlüğü vardır. Birincisi; organizmaların
yapışması için geniş yüzey alanın bulunmasıdır. İkincisi; tanecikli besleme, inört
23
parçacıkların arasından onları reaktörden uzaklaştırmadan geçebilir. Bu reaktör,
tanecikli ve çözülebilir beslemeler için karışık fazlı reaktör olarak kullanılabilir. İki
fazlı sistemler için metan fazı olarak kullanılabilir.
(a)
(b)
Şekil 2.9. Akışkan yataklı ve genleşmiş yataklı reaktörler
a)Genleşmiş yataklı reaktör b)Akışkan yataklı reaktör
2.5.7. İki fazlı reaktör
Daha önceden belirtildiği gibi anaerobik sindirim iki tür bakteri grubu (metanojenik
bakteriler ve metanojenik olmayan bakteriler) tarafından tamamlanır. Bu bakteri
grupları fizyoloji, besin gereksinimi, çevre koşulları, büyüme ve metabolik özellikler
bakımından oldukça farklıdırlar. Çevresel değişikliklere karşı önemli derecede
farklılıklar gösterirler. Tipik bir reaktörde her iki bakteri topluluğu için koşulları
optimize etmek olanaksızdır.
Teorik olarak metanojenik faz ve metanojenik olmayan fazın fiziksel olarak
ayrılması şunlara olanak verir:
- Asit üreten ve metan üreten bakterilerin uygun yoğunlukta bulunması
24
- Her iki fazın sıcaklık, pH, alıkoyulma süresi, biyokütle geri beslemesi gibi işletme
koşullarının kontrolü birbirinden bağımsız olarak yapılarak hızlar üst seviyeye
çıkartılabilir.
- Karbondioksitin büyük bir kısmının metanojenik olmayan birinci fazda
oluşmasından dolayı, ürün gazının metan içeriğinin zengin olması.
Faz ayrımı yüklenen hammadde içerisindeki su üstünde yüzen kısmının, pH’ın, ve
zehirleyici besin bileşenlerinin neden olduğu performans kararsızlığını azaltmalıdır.
Piston akışlı ve yukarı akışlı katı reaktörleri gibi sistemler tek bir reaktörde faz
ayrımını sağlarlar. Diğer iki fazlı projeler çeşitli reaktörlerde metanojenik ve
metanojenik olmayan bakterilerin ayrılmasına yardımcı olur. Şekil 2.10’da iki fazlı
sistemler gösterilmektedir.
İki fazlı sistemlerde işletme değişkenlerinin diğer tek fazlı sistemlere göre daha üstün
olduğu görülmektedir. Özellikle hidrolik bekletme süresi iki fazlı sistemlerde
toplamda biraz daha fazla olmasına rağmen toplam arıtma veriminde diğer
sistemlerin yaklaşık iki katıdır. İki fazlı sistemler endüstriyel atık suların arıtımında
oldukça verimlidir ve tek fazlı sistemlere göre organik madde yükleme hızları
yaklaşık 1,5- 2 katıdır [4].
(a)
(b)
Şekil 2.10. İki fazlı sistemler [3]
a) İki fazlı filtre yataklı sistem b) İki fazlı sindirim prosesi
Anaerobik arıtımda kullanılan diğer reaktörler Şekil 2.11’de verilmiştir.
25
Şekil 2.11. Anaerobik arıtımda kullanılan diğer reaktörler [3]
a) Aşağı akışlı anaerobik filtre reaktörü b) Yukarı akışlı filtre reaktörü
c) Yukarı akışlı katı reaktör d) Katı geri beslemeli yukarı akışlı çamur
yataklı reaktör
2.6. Biyogaz
2.6.1. Biyogazın özellikleri
Biyogaz; organik atıkların anaerobik parçalanması sonucu oluşan, içerisinde % 6070 metan, %30-40 karbondioksit, % 0-2 hidrojen sülfür ve eser miktarlarda azot, su
buharı, hidrojen gazı bulunan, renksiz, kokusuz, havadan hafif, parlak mavi alevle
yanan bir gaz karışımıdır. Biyogaz düşük sıcaklıklarda (-1640C) sıvılaştırılabilir [5].
26
2.6.2 Biyogaz üretiminde kullanılabilen atıklar
Biyogaz üretiminde kullanılan hayvansal (sığır, at, koyun, tavuk gibi hayvanların
gübreleri, mezbaha atıkları ve hayvansal ürünlerin işletmesi sırasında ortaya çıkan
atıklar) ve bitkisel (ince kıyılmış sap, saman, mısır atıkları, şeker pancarı yaprakları
gibi bitkilerin işlenmeyen kısımları ile bitkisel ürünlerin işlenmesi sırasında ortaya
çıkan atıklar) atıklar tek başına kullanılabileceği gibi uygun oranda karıştırılarak da
kullanılabilir. Çizelge 2.3’de çeşitli kaynaklardan elde edilebilecek biyogaz verimleri
ve biyogazdaki metan miktarları verilmektedir.
Biyogazın bileşimi sabit olmayıp kullanılan organik atığın bileşimine, sıcaklık ve pH
gibi değişkenlerine bağlıdır. Tipik bir biyogaz bileşimi Çizelge 2.4’de verilmiştir [5].
Çizelge 2.3. Çeşitli kaynaklardan elde edilebilecek biyogaz verimleri ve biyogazdaki
metan miktarları [6]
Kaynak
Biyogaz verimi
Metan oranı
(L/kg)
(hacim yüzdesi)
Sığır gübresi
90-310
65
Kanatlı gübresi
310-620
60
Domuz gübresi
340-550
65-70
Buğday samanı
200-300
50-60
Çavdar samanı
200-300
59
Arpa samanı
290-310
59
Mısır sapları ve artıkları
380-460
59
Keten, kenevir
360
59
Çimen
280-550
70
Sebze artıkları
330-360
Değişken
Ziraat atıkları
310-430
60-70
Dökülmüş ağaç yaprakları 210-290
58
Algler
420-500
63
Atık su çamuru
310-800
65-80
27
Çizelge 2.4. Tipik bir biyogaz bileşimi [5]
Madde
Sembol
Yüzde
Metan
CH4
60-70
Karbondioksit
CO2
30-40
Hidrojensülfür H2S
0-2
Azot
N2
Eser miktarda
Su buharı
H2O
Eser miktarda
Hidrojen gazı
H2
Eser miktarda
Tavuk gübresinin özellikleri
Tavuk dışkısı organik ve inorganik maddelerden oluşmaktadır. Organik kısmını ürik
asit, NH3 tuzları, üre, karetin, kreatinin, iz miktarda aminoasitler, ölü bağırsak
hücreleri, safra tuzları, pigmentler, hormonlar, vitaminler ve diğer bazı bileşikler
oluşturmaktadır. Tavuk dışkısında karbonhidrat miktarı % 35-40 arasında
değişmektedir. Bu karbonhidratlar genelde tavuk tarafından sindirilemeyen selüloz,
pentozan, ve ligninden oluşur [7].
Besin maddesi olarak gübrenin en önemli kısmını azot oluşturur ve kolayca da
kaybedilebilir. Dışkıdaki azotun yaklaşık % 80 kadarı ürik asit şeklindedir [8].
Tavuk dışkısının içeriği birçok etkene bağlı olarak değişir. Bu etkenler:
- Dışkının kaynağı,
- Hayvanın besini,
- Hayvanın yaşı,
- Hayvanın yetişme koşulları,
- Dışkının saklanma şekli’dir [9].
28
Yılda bir tavuktan ortalama 55 kg dolaylarında dışkı çıkar. Bu dışkının yaklaşık 8,6
kilogramı organik maddedir [9]. 1998 de Türkiye’de 50 milyon tavuktan 3 milyon
ton ıslak dışkı çıkmıştır [10].
Taze tavuk dışkısı % 70-80 arasında su içerir. Bu taze tavuk dışkısının %1’i Azot, %
0,9’u fosfor, % 5’i potasyumdur. Toplam kuru maddenin % 5’i Azot, % 3,9’u fosfor,
%2,4 ‘ü potasyumdur [9].
Çizelge 2.5’de değişik tavuk atıklarının gübre olarak besin bileşimi, Çizelge 2.6’da
ise nem düzeyine göre tavuk gübresinin bileşimi verilmektedir.
Çizelge 2.5. Değişik tavuk atıklarının gübre olarak besin bileşimi [11]
Dışkı Tipi
Nem, %
N (kg/ton)
P (kg/ton)
K (kg/ton)
Taze dışkı
75
13,1
4,5
3,6
Depolanmış dışkı
63,9
10,9
5,9
7,2
Piliç altlığı
18,9
32,6
11,3
13,6
Yumurtacılık altlığı
22,1
22,7
10,4
16,3
Sulu gübre
92
10
5,4
3,2
Çizelge 2.6. Nem düzeyine göre tavuk gübresinin bileşimi [11]
Gübre Çeşidi
Su içeriği (%)
Yaklaşık besin değeri (%)
Azot
Fosfor
Potasyum
Taze
75
1,0
0,6-1,3
0,6-0,7
Kısmen kurutulmuş
50
0
1,1-2,6
1,1-1,4
Kuru Gübre
25
3,0
1,7-3,9
1,7-2,1
4,0
2,3-5,2
2,3-2,8
Tamamen kurutulmuş 0
Anaerobik arıtımdan sonra elde edilen gübre ile normal koşullarda üretilen gübre
kıyaslandığında anaerobik arıtımından sonra elde edilen gübrenin daha iyi özelliklere
sahip olduğu görülmektedir. Çizelge2.7’ den anlaşıldığı gibi biyogaz üretilen
29
gübrede organik madde, karbon ve azot miktarları normal koşullarda üretilen
gübredekinden daha fazladır [11].
Çizelge 2.7. Biyogaz üretilmiş ve normal koşullarda elde edilmiş gübrelerin kimyasal
özellikleri [11]
Gübreler
Kuru madde
Organik madde
C
Toplam N
(%)
(%)
(%)
(%)
Biyogaz üretilmiş
25
16,4
8,22
0,85
Normal
25
15,0
8,00
0,50
2.6.3. Biyogazın ısıl değeri
Biyogazın yakıt değeri içerisindeki metan gazından ileri gelmektedir. Bileşimindeki
metan oranına göre ısıl değeri 17-25 MJ/m3 arasında değişir. 1 m3 biyogazın etkili
ısısı
- 0,62 litre gazyağı
- 1,46 kg odun kömürü
- 3,47 kg odun
- 0,43 kg bütan gazı
- 12,30 kg tezek
- 4,70kWh elektrik
- 1,18 m3 havagazının sağladığı ısıya eşittir.
1 m3 biyogaz eşdeğer yakıt miktarları
- 0,66 litre motorin
- 0,25 m3 propan
- 0,2 m3 bütan
- 0,85 kg kömür [5]
30
2.6.4. Biyogazın kullanım alanları
Isıtmada kullanımı
Biyogaz
hava
ile
yaklaşık
1/7
oranında
karıştığı
zaman
tam
yanma
gerçekleşmektedir. Gaz yakıtlarla çalıştırılan fırın ve ocaklardan yararlanılabileceği
gibi termosifon ve şofbenler de biyogazla çalıştırılabilir.
Aydınlatmada kullanımı
Biyogaz hem doğrudan yanma hem de elektrik enerjisine çevrilerek de aydınlatmada
kullanılabilir. Doğrudan yanma ile aydınlatmada sıvılaştırılmış petrol gazları ile
çalışan lambalardan yararlanılmaktadır. Bu sistemde aydınlatma alevini arttırmak
üzere amyant gömlek ve cam fanus kullanılmaktadır. Cam fanus ışığı sabitleştirir ve
çıkan ısıyı geri vererek alevin daha fazla olmasını sağlamaktadır.
Motorlarda kullanımı
Biyogaz doğrudan veya içerisindeki metan gazı saflaştırılarak benzinle çalışan
motorlarda kullanılabilir. Dizel motorlarda kullanılması için % 18-20 oranında
motorin ile karıştırılması gerekmektedir [5].
2.6.5. Biyogaz niceliğini ve üretim hızını etkileyen etkenler
Biyogaz üretiminde çok farklı mikroorganizmalar etkinlik gösterdikleri için biyogaz
üretimini tek bir verim formülü ile açıklamak olası değildir. Biyogaz üretim hızını
etkileyen etkenler aşağıda verilmiştir.
- Sıcaklık
- pH
- Karıştırma
- Alıkoyulma süresi
31
- Karbon / Azot oranı
- Katı madde içeriği
- Aşılama
- Toksik etkiler
Sıcaklık
Havasız arıtmada mikroorganizmaların metabolik etkinlikleri sonucu biyogaz
oluşumunu sıcaklık önemli derecede etkiler. Biyogaz üretimi 5-60 oC aralığında
gerçekleşebilir. Metan üreten bakteriler etkin oldukları sıcaklıklara bağlı olarak üç
sınıfta toplanabilirler (Çizelge 2.8).
Çizelge 2.8. Metan bakterilerin etkin oldukları sıcaklıklara göre çeşitleri [12]
Bakteri
Sıcaklık
Alıkoyulma süresi
(gün)
Psikrofilik
5-25 oC
100
Mezofilik
25-37 oC
20
Termofilik
40-60 oC
8
Metan üretimi sıcaklık arttıkça artarak yaklaşık 35 oC de birinci pik değerine ulaşır.
Ancak 45 oC civarında bir sınır ayırt edilir. Bu değerin üzerinde termofilik kademe
başlar ve metan üretimi 55 oC de maksimum değerine ulaşıncaya kadar yeniden artar
(Şekil 2.12). Bu yüzden havasız reaktörler mezofilik kademede 35 oC civarında,
termofilik kademede ise 55 oC civarında işletilir [1].
Termofilik bakteriler biyogazı daha hızlı üretirler, fakat yüksek sıcaklık nedeni ile
işlem ekonomik değildir ve kırsal kesim şartlarında bu sıcaklığı korumak olası
değildir. En ideali mezofilik şartlarda üretim yapmaktır [12].
Havasız arıtmada sıcaklık etkisi çamur yaşıyla ile de yakından ilgilidir. Çamur yaşı
arttıkça, havasız sistemler daha düşük sıcaklıklarda da kimyasal oksijen ihtiyacı
giderim verimlerini muhafaza edebilirler. Dolayısıyla reaktörlerdeki biyokütle
32
miktarı (aynı zamanda çamur yaşı) arttıkça sistemin düşük sıcaklık etkilerini
dengeleme kapasitesi de artar. Havasız arıtmada sıcaklığın olabildiğince sabit
tutulması ve gün içerisinde 2 oC den fazla değişmemesi gerekir. Çoğalma hızları
daha yüksek olan asit bakterileri sıcaklık değişimlerine daha çabuk uyum sağlarlar.
Ancak metan bakterileri bu değişime aynı hızla uyum gösteremedikleri için sistemde
dengesizlik ve uçucu asit birikimi gözlenir [1].
Şekil 2.12. Anaerobik arıtmada sıcaklığın gaz üretimine etkisi
Sürecin ani sıcaklık değişimlerine maruz bırakılması, çeşitli metabolik grupların
farklı etkilenmesinden dolayı dengesizliğe yol açar [13].
pH
Anaerobik sistemlerde birçok farklı mikroorganizma topluluğunun bulunmasından
dolayı her bir bakteri grubunun en yüksek seviyede gelişmesini sağlayacak bir pH
aralığı tutturmak çok zordur. Bu yüzden uygun değer pH aralığı sağlanmalıdır.
Biyogaz üretiminde uygun pH aralığı 6,8 – 7,5 arasıdır. pH değeri 6’nın altına
düşerse metan bakterileri ölürler, 8’in üstünde olursa proteinlerin bozunması sonucu
oluşan amonyak, mikroorganizmalar üzerinde zehirlenmeye neden olur [12].
pH kontrolü ile metan bakterileri üzerindeki zehirleme etkisi önlenir. pH değeri 5,5
in altına düştüğünde asit bakterileri de belli ölçüde zehirlenmeye uğrarlar. Havasız
33
arıtmada işletmeye alma ve aşırı yük devreleri dışında genellikle pH kontrolü
gerekmez [1].
Karıştırma
Karıştırma ile üretilen gazın sistemden uzaklaştırılması, sisteme yeni giren
beslemenin bakteri ile karışması, yüzeyde oluşan ve gazın rahat çıkmasını engelleyen
tabakanın dağılması ve çökelmenin önlenmesi amaçlanır. Ayrıca karıştırma ile daha
homojen bir sıcaklık ve bakteri dağılımı elde edilebilir [11].
Aşırı karıştırma değişik bakterilerin kendi aralarında oluşturduğu dengeyi bozarak
sistemi olumsuz yönde etkiler. Bu yüzden karıştırma aşırı yapılmamalı belli zaman
aralıklarında uygulanmalıdır.
Karıştırmanın başlangıçta yapılması pH değerini azaltacağından, kararsızlığa neden
olacağından ve başlangıç zamanını uzatacağından yararlı değildir [14].
Alıkoyulma süresi
Alıkoyulma süresi organik maddenin bileşimine ve sıcaklığa bağlıdır. Bu sürenin
artması organik maddenin parçalanma hızını artırmaktadır. Ancak en uygun
alıkoyulma süresi belirlenmelidir.
Karbon / Azot oranı (C/N)
Anaerobik
sindirimde
faaliyet
gösteren
mikroorganizmalar
büyümeleri
ve
çoğalmaları için yeterli miktarda besine ihtiyaç duyarlar. Her tür karbon ve azot
kaynağına ihtiyaç duyar. Eğer çok az miktarda kullanılabilir azot varsa bakteri
karbonu kullanamaz. Çok fazla miktarda azotun (özellikle amonyak formunda)
bulunması bakterilerin büyümesini engelleyebilir [15].
34
Karbon / Azot oranının 30/1 olması uygundur. Bu oran hayvansal atıklarda istenilen
aralıkta bulunurken bazı tarımsal atıklarda bu oran istenilen aralıkta değildir. Bu
oranı sağlamak için diğer organik atıklarla karıştırma yapılabilir.
Organik madde içerisinde karbonun en önemli kaynağı karbonhidratlar, azotun
kaynağı, protein, nitrat ve amonyaktır.
Organik atık azot bakımından zengin ise (C/N oranı 10/1 veya daha az) fermentasyon
sırasında amonyak oluşur. Azotun az olması durumunda ise (C/N oranı 50/1 veya
daha fazla) bu kez azot eksikliği ve yetersiz tampon kapasitesi oluşur [11].
Katı madde içeriği
Reaktörde organik atık ve su karışımında katı madde oranı % 7-9 arasında kalması
iyi sonuçlar verir. Düşük katı oranlarında havasız ortam koşullarını sağlamak
zorlaşır, yüksek katı derişiminde ise bakteriyel etkinliğin yavaşlaması nedeni ile
biyogaz üretim hızı düşer [12].
Aşılama
Havasız ortam koşullarında organik atıkların parçalanması ve biyogaz üretimi
kendiliğinden başlar. İşletilmekte olan başka bir tesisten alınan çamur (aşı) yüksek
mikroorganizma içermesi nedeni ile yeni çalışacak tesisin işletmeye alınma sürecini
kısaltır [12].
Toksik etkiler
Mikroorganizmaların faaliyetlerini yavaşlatan veya durduran zehirleyici maddelerin
daha sonraki iletme safhasında olduğu gibi, alıştırma döneminde de dikkatli kontrolü
gereklidir. Bu tür zehirleyici maddelerin anaerobik ayrışma sürecini ileri derecede
yavaşlatan derişimleri Çizelge 2.9’da verilmiştir.
35
Yüksek seviyede NH4 ve/veya protein ihtiva eden atıksularda NH3 zehirlemesi
önemli bir sorundur. Optimum şartlarda, 8500 mg NH4+-N gibi yüksek değerlerde
(pH=7 de 84 mg NH3-N/L) herhangi bir inhibisyon olmadan havasız arıtma
mümkündür. Ancak pH>7,5 ve artan sıcaklıklarda NH3 inhibisyonu önemlidir.
Zehirli ve zararlı maddelerin seyreltilmesi ve/veya mikroorganizmalara bu zehirli
maddelere yeterli alışma sürelerinin sağlanması gerekir [1].
Çizelge 2.9. Zehirleyici maddelerin anaerobik ayrışma sürecini engelleyen
derişimleri
Madde
Zararlı
Derişim
Seviyesi
(mg/L)
NH4, NH3
1500-2000*
Çözünmüş H2S, HS-, S2-
100-150
Na
4000-6000
K
3000-5000
Ca2+
-
3000-5000
CN
0,5-1
Alkil benzen sülfonat
500-700
* Özellikle pH>7.5 halinde zararlı
Organik yükleme hızı
Anaerobik sindirimde; hidroliz ve asit üretimi basamaklarında faaliyet gösteren
bakterilerle, asit ürünlerini metana ve karbondioksite dönüştüren asetojenik ve
metanojenik bakteriler arasında ince bir denge vardır. Bu alanda yapılan çalışmalara
göre akış hızında ve derişimde yapılan şiddetli değişiklikler anaerobik reaktörün
verimini olumsuz yönde etkileyebilir. Organik yüklemedeki inip çıkmaların etkisi,
alıkoyulma süresine, katı alıkoyulma süresine, inip çıkmaların şiddetine ve devam
süresine, çamur özelliklerine ve reaktör tasarımına bağlıdır. Uçucu yağ asitlerindeki
birikme, aşırı organik yüklemenin tipik bir sonucudur [13].
36
Uçucu yağ asitlerinin derişiminin artması pH değerini düşürür. pH değerinin 6,2’nin
altına düşmesi metan üretimini büyük ölçüde düşürür [1].
2.7. Dünyada ve Türkiye’de Biyogaz Üretimi
2.7.1. Dünyada biyogaz üretimi
Metan gazı ilk olarak 18 yy.’ da İngiliz araştırmacısı Volta tarafından bataklık
içerisinde keşfedilmiştir. İlk biyogaz üretimi kayıtlara 1895 yılında İngiltere’de
geçmiştir. II. Dünya savaşı sırasında küçük çaplı üreteçler Almanya ve Fransa’da
kullanılmaya başlanmıştır. Hindistan ve Çin, biyogaz üretim teknolojisinin
yaygınlaşmasına öncülük etmiştir. İlk üretim 1939 yılında Hindistan tarafından
yapılmıştır [16].
1960’lı yıllarda Hindistan koşullarına uygun ‘Hint Tipi’ biyogaz üretiminin
geliştirilmesi amacı ile ‘Gobar Gaz Araştırma Enstitüsü’ kurulmuştur. Geliştirilen
biyogaz tesislerinden basit yöntemlerle gaz elde edilebileceği gibi, fermente gübrenin
de tarımda verimli olarak kullanılabileceği ortaya konulmuştur [17].
Avrupa ülkelerinde anaerobik reaktör sayısı her geçen hızla değişmektedir. Avrupa
birliğinde 1994 yılı itibariyle 397 endüstriyel anaerobik arıtma tesisi olduğu tesbit
edilmiştir. Ülkelere göre anaerobik arıtma tesislerinin dağılımı, birim alana ve birim
nüfus başına düşen tesis sayıları Çizelge 2.10’da verilmiştir. En fazla anaerobik
arıtma tesisi sırası ile Almanya, Hollanda, Fransa ve İtalya’da bulunmaktadır.
Almanya’da 1994 yılında 99 adet tesis varken bu rakamın 1999 yılında 125’e çıktığı
belirtilmiştir. Türkiye bir milyon kişiye düşen anaerobik arıtma tesisi açısından bu
ülkelerden geridedir [18].
37
Çizelge 2.10. Avrupa’da 1994 yılı itibariyle endüstriyel anaerobik arıtma
tesislerinin ülkelere göre dağılımı [18]
Ülke
Adet
Adet/1000 km2
Adet/106 kişi
Almanya
99
0,25
1,40
Hollanda
83
2,40
5,60
Fransa
55
0,11
1,00
İtalya
50
0,15
0,80
Belçika
25
0,80
2,60
İngiltere
25
0,11
0,50
İspanya
23
0,07
0,60
Danimarka
18
0,45
3,90
Portekiz
7
0,09
0,40
İrlanda
5
0,09
1,50
Yunanistan
4
0,02
0,40
Dünyada kullanılan anaerobik arıtma tesislerinin sektörlere göre dağılımı Çizelge
2.11’de verilmiştir. Bu dağılım Türkiye’dekine benzerlikler göstermektedir. En fazla
kullanım tarım ve gıda sektöründedir.
Çizelge 2.11. Dünya’daki anaerobik arıtma tesislerinin sektörlere göre dağılımı [18]
Uygulama
Tesis (adet)
%
Gıda (bira, meyve suyu, alkol, fermentasyon)
926
76
Kimya
63
5
Kağıt
130
11
Çöp Sızıntı Suyu
20
2
Diğer
76
6
Anaerobik arıtmada kullanılan reaktör teknolojilerinin dağılımı Çizelge 2.12’de
verilmiştir. 1990’ların başlarına kadar kullanılan teknoloji Türkiye’de olduğu gibi
UASB reaktörüdür. Bunu anaerobik filtreler izlemektedir. 1995’lerden sonra UASB
38
rektörlerinin yerini bunların daha gelişmiş sürümü olan EGSB reaktörlerine
bıraktıkları ve akışkan yataklı reaktörlerin de yavaş yavaş ortadan kaybolduğu
görülmektedir.
Çizelge 2.12. Anaerobik arıtmada reaktör kullanımında eğilimler [18]
Reaktör
1994 öncesi
Reaktör
(%)
1990-1996 1997-2000
(%)
(%)
UASB
53
UASB
68
34
Anaerobik Filtre
24
EGSB
8
50
Kontak
14
Lagün/kontak
12
8
Akışkan Yatak
4
Akışkan Yatak
2
1
CSTR
4
Sabit Yatak
4
3
Hibrid
1
Hibrid
1
2
Diğer
6
3
Endüstriyel atık suların anaerobik olarak arıtılmasının yanı sıra, ekonomik ve çevre
açısından diğer potansiyel alan, anaerobik biyoteknolojinin çiftliklerde veya köylerde
kullanımıdır. Başta Çin ve Hindistan olmak üzere dünyada pek çok ülkede çiftlik tipi
biyogaz tesislerinin yaygın olarak kullanıldığı ve bu konuda araştırma ve geliştirme
çalışmalarına hız verildiği belirtilmektedir. Gelişmekte olan ülkelerdeki biyogaz
tesisi sayısı Çizelge 2.13’de verilmiştir. Anaerobik arıtım kavramının geçmişi eski
olmasına rağmen, çiftlik tipi biyogaz tesisleri dünyada 1970 li yıllardan sonra önem
kazanmaya başlamıştır. Özellikle 1973 petrol krizi ve Rio zirvesinden sonra Avrupa
birliğinde yenilenebilir enerji kaynaklarına ilgi artmıştır. Elektrik fiyatlarının yüksek
olması ve biyolojik tarıma ilginin artması teşvik edici unsurlardır [18].
39
Çizelge 2.13. Gelişmekte olan ülkeler veya kıtalarda biyogaz tesisleri [18]
Ülke veya Kıta
Adet
Çin
4.700.000
Hindistan
1.200.000 (2.500.000**)
Asya *
11.989
Güney Amerika
9567
Afrika
1060
*Hindistan ve Çin dışındaki Güney Asya Ülkeleri
**1997’deki sayı
Güney Amerika’da çiftlik tipi biyogaz tesislerinin en yoğun olarak kullanıldığı ülke
Brezilya’dır. Güney Amerika’da bulunan toplam 9567 tesisin 8300’ünün Brezilya’da
olduğu belirtilmiştir
Avrupa birliğinde 1988 yılı itibariyle 750 civarında biyogaz tesisinin olduğu
belirtilmiştir. En başta İtalya olmak üzere (130 tesis), Almanya (120), Fransa (120),
Hollanda (60) ve Belçika, İngiltere ve İsveç (50’şer tesis) ile sıralanmaktadır. Bu
sayılar gittikçe artmaktadır ve sadece Almanya’da bu rakamın 1997’de 400’ün
üzerine çıktığı belirtilmiştir [18].
2.7.2. Türkiye’de biyogaz üretimi
Türkiye’de biyogaz üretimi ile ilgili ilk çalışma, 1957 yılında Toprak ve Gübre
Araştırma Enstitüsü tarafından yapılmıştır. Daha sonraki yıllarda yapılan laboratuvar
çalışmalarından sonra 1962-1967 yılları arasında Eskişehir Bölge Toprak-Su
Araştırma Enstitüsü’nde yapılan araştırmalardan ilk veriler elde edilmiştir. 1964
yılında Ankara Üniversitesi’nde biyogaz üretimi ile ilgili çalışmalar başlatılmış 3 yıl
içerisinde toplam 728 m3 gaz üretilmiştir [17].
1976 yılından sonra petrol krizinin etkisiyle konu tekrar gündeme gelmiş,
M.T.A.’nın Hacettepe Üniversitesi Kimya Bölümü ile birlikte yaptığı laboratuvar
40
çalışmalarından elde edilen veriler ışığında, Şeker Fabrikaları Etimesgut çiftliğinde
1978 yılında 54 m3 kapasiteli pilot bir tesis kurulmuştur [17].
1980-1986 yılları arasında Merkez Topraksu Araştırma Enstitüsünde biyogaz ile
ilgili çalışmalar yürütülmüş ve birçok temel bulgular elde edilmiştir.
Bu
çalışmalarda sığır, koyun, tavuk gübreleri ve bunların karışımından elde edilecek
biyogaz verimleri araştırılmıştır. En yüksek verim tavuk gübresinden elde edilmiştir.
Başka bir çalışmada 12 m3 kapasiteli biyogaz tesisinde tavuk gübresinin biyogaz
verimi incelenmiş, 10 0C’de 2,4 m3/gün, 15 0C’de 4,8 m3/gün, 19 0C’de 6,9 m3/gün
biyogaz elde edilmiştir [5].
Biyogaz üretimi konusunda 1980-1986 yılları arasındaki dönemde, bir çok tesis
işletmeye açılmış, inşaat hatalarından, teknik bilginin eksik olmasından dolayı bu
tesislerin birçoğu işletilememiştir.
Çizelge 2.14’de bugün itibariyle Türkiye’de mevcut anaerobik arıtma tesislerinin
listesi verilmiştir. En çok tercih edilen reaktör tipi UASB reaktörüdür.
41
Çizelge 2.14. Türkiye’de kullanılan anaerobik biyoteknoloji reaktörleri [18 ]
Sektör
Firma Adı
Yeri
Yıl
Tekstil
Mensucat
Santral
Modern
Karton
Modern
Karton
Mauri
Pakmaya
Pakmaya
Pakmaya
Uzay Gıda
Bolpat
Tek Süt
Astosan
Güney
Biracılık
Güney
Biracılık
Erciyes
Biracılık
Ege Biracılık
Edirne
1988
Çorlu
1991
9000
ACR
Çorlu
2000
?
EGSB
Kağıt
Kağıt
Maya
Patates
Patates
Süt
Süt
Bira
Alkol
Sitrik Asit
Dondurma
Çamur
Çürütme
Depone
Çamur
Çürütme
Süt
Sentetik
Elyaf-DMT
üretimi
Mısır Nişasta
Gıda
Gıda
Şeker
Bandırma
İzmit
Düzce
K.Paşa
İzmit
Bolu
Gönen
Gönen
Adana
1984
1991
1988
1998
1997
Kapasite
(m3)
Reaktör
UASB
22000
13000
19000
1998
600
300
300
300
600
UASB
UASB
UASB
UASB
UASB
UASB
UASB
EGSB
Ankara
1994
600
UASB
Lüleburgaz
2000
?
EGSB
İzmir
Devam
ediyor
1992
1993
?
EGSB
140
140
2800
290
UASB
UASB
ACR
AF
Devam
ediyor
60000
Çamur
Çürütme
Tekel
Tekel
Tekel
Fürsan
UnileverAlgıda
İSKİ
Çanakkale
Paşabahçe
Tekirdağ
İzmit
Çorlu
İSKİ
ASKİ
Kemerburgaz
Ankara
?
10000
SEK
SASA
İstanbul
Adana
1999
2000
Çamur
Çürütme
UASB
EGSB
Cargill
Kent Gıda
Aromsa
Ereğli
Orhangazi
Gebze
Gebze
Ereğli
1000
30
8000
EGSB
AF
UASB
ANAMET
Tuzla/İST
1987
1993
1998
2002
2000
42
2.8. Deneylerin Çok Faktörlü Planlanması (Box-Wilson Yöntemi)
Süreçlerde, en yüksek verimin ekonomik olarak elde edildiği koşulların belirlenmesi
için optimizasyon yapılır. Optimizasyonun yapılmasında analitik, sayısal ve dinamik
programlar gibi çeşitli yöntemler vardır.
Analitik yöntem, sürekli fonksiyonların uç noktalarını içeren matematiksel teoriye
dayanır. Süreç değişkeni ile bağımlı fonksiyonun türevi sıfıra eşitlenir. Çıkan
sistemin eşitlikleri çözülür. Çözüm, bağımlı fonksiyonunun uç noktalarını gösterir.
Bu noktalar en yüksek, en düşük ve dönüm noktaları olabilir.
Sayısal yöntem, doğrusal olmayan programlama tekniklerine dayanır ve bilgisayarla
çözülebilecek algoritmalar içerir.
Dinamik programlarda ise karmaşık problemler daha bazit programlara indirgenir.
Bu yöntem genellikle çok basamaklı süreçler için kullanılır.
Bu yöntemlerde, diğer değişkenler sabit tutulup bir değişken değiştirilmekte ve elde
edilen veriler sadece bu değişkene bağlı olmaktadır.
Bu da çok sayıda deney
yapılmasını, optimizasyon için çok zaman harcanılmasını gerektirir. Ayrıca
değişkenlerin birbirleri arasında etkileşimleri belirlenemez [19].
İstatiksel optimizasyon yöntemleri, bu yöntemlere alternatif olarak çıkmıştır.
Süreçlerin
değişkenlerinin
belirlenmesi
ve
optimum
kontrol
sistemlerinin
kullanılmasında daha çok bu yöntemlerden yararlanılır. Bu yöntemler içerisinde en
etkin olanı deneylerin çok faktörlü optimal planlama yöntemleridir. Bu yöntemler
optimum stratejinin seçilmesini hedefleyerek deneysel incelemelerin oluşturulmasına
ve yapılmasına hizmet eder. Bu yöntemlerin bulunmasında, İngiliz bilim adamı R.
Ficsher’in ve Amerikalı bilim adamı J. Box’un çalışmaları oldukça önemlidir.
43
Box-Wilson deneysel tasarım yöntemi, deneysel tasarımla istatiksel ve matematiksel
teknikleri içeren bir yöntemdir. Problemlerin modellenmesini ve analizini içerir.
Bütün değişkenlerin aynı anda değişimine bakılmasından dolayı bu istsatiksel
yöntem diğerlerine göre üstündür. Diğer yöntemlere göre deney sayısı az doğruluğu
ise fazladır. Bu yöntem en çok bilgiye ulaşılacak noktalarda deney yapılmasını
sağlar.
Bu yöntemin amacı sistem için optimum koşulların belirlenmesi veya optimum
işletme koşulularının sağlandığı bağımsız değişken alanının belirlenmesidir [20].
Deneysel tasarım yöntemlerinde, belirlenmesi gereken aşamalar şunlardır;
1. Problem tanımlanır
2. Faktörler, seviye ve aralık seçilir
3. Cevap değişkeni seçilir
4. Deneysel tasarım matrisi oluşturulur
5. Deneyler yapılır
6. Verilerin istatistiksel analizi yapılır
7. Sonuçlar değerlendirilir.
Bu yöntemde ilk basamak, bağımlı değişken (response) ile bağımsız değişkenler
(factors) arasında uygun bir bağıntının oluşturulmasıdır.
Örneğin X1 ve X2 değişkenlerinin değeri Y değişkeninin verimini arttırmak üzere
tasarlanacak olursa;
Y = f ( X1,X2 ) + є
Є : Y için hata
X1, X2 : Bağımsız değişkenler
44
E (Y) = f (X1,X2) = η
η: cevap yüzeyi, η= f (X1,X2)
Birçok RSM (Response Surface Methodology) probleminde bağımsız değişkenler ile
bağımlı değişkenler arasındaki ilişki bilinmez. Bunun için öncelikle bağımsız
değişkenlerle bağımlı değişken arasında doğru fonksiyonel ilişkiyi tanımlamak üzere
uygun yaklaşım yapılmalıdır. İstatistiksel modellerin kurulmasında doğrusal ve
doğrusal
olmayan
regresyon
denklemlerinin
birinci
ve
ikinci
dereceden
polinomlarından yararlanılır.
Eğer bağımlı değişken bağımsız değişkenlerce lineer (doğrusal) fonksiyonla
tanımlanabiliyorsa, fonksiyon birinci mertebe modelle tanımlanır.
3
3
i=1
i<j
Y = f (x) = β0 + ∑ βiXi + ∑ ∑ βijXiXj + є
Eğer sistemde bir dönüm noktası varsa, daha yüksek mertebeden örneğin ikinci
mertebeden (doğrusal olmayan) modelle tanımlanır.
3
3
3
Y = f (x) = β0 + ∑ βi Xi + ∑ ∑ βij Xi Xj + є + ∑ βii Xi2 + є
i=1
i<j
i=1
Burada;
Y : bağımlı değişken,
X1, X2 ………Xk : Bağımlı değişken üzerinde etkili olan giriş değişkenleri
i, j : 1 den değişken sayıya kadar değişir
βo : kayma
βi : doğrusal modelin katsayıları
βij : karesel modelin katsayıları
Böylece üç değişkenli bir problem için cevap fonksiyonu şöyle olacaktır.
Y = f (x) = βo+ β1X1 + β2X2+ β3X3+ β4X12+ β5X22+ β6X32+β7 X1X2+ β8 X1X3+ β9
X2X3
45
Modelin katsayılarını belirlemek için araştırmacının amacı doğrultusunda bağımsız
değişkenlerin her biri beş düzeyde belirtilir. Her bir değişken için bu beş düzeyin
değeri deneydeki değişkenlerin sayısına ve üzerindeki çalışılacak aralığa bağlıdır
[20].
Doğrusal ve doğrusal olmayan modellerin değişkenlerinin belirlenmesi, optimal plan
matrislerinin oluşturulması ile elde edilir. Plan matrisinin oluşturulmasında,
aşağıdaki eşitlik kullanılarak değişkenlerin kodlanmış değerleri hesaplanır ve
modelin oluşturulmasında bu kodlanmış değerlerden yararlanılır.
Ui = ( Xi + Xio )/ ∆Xi
Bu eşitlikte
Ui : i parametresinin kodlanmış değeri
Xio : i parametresinin ortalama değeri
Xi : i parametresinin gerçek değeri
∆Xi : i parametresinin adım ağırlığıdır
Tasarımdaki deney sayısı ( Nd ) aşağıdaki eşitlikle tanımlanır.
Nd = 2K + 2K + N0
, K< 5
Nd = 2K-1 + 2K + N0
,K≥5
K : parametre sayısı
N0: merkez noktada yapılan deney sayısı [20].
Parametrelerin kodlanmış değerleri (+1), (-1) ve (0) olmak üzere üç değer taşır.
Burada; (+1) yüksek seviyeyi, (-1) düşük seviyeyi ve (0) ise orta seviyeyi gösterir.
Bu durum deney sonuçlarının boyutsuz bir şekilde işlenmesini sağlar ve aynı
zamanda hesaplamayı kolaylaştırır. Plan matrisleri oluşturulurken önce her bir
değişken için değişim aralığı ve merkez değer belirlenir. Plan matrisinin kurulması
Çizelge 2.15’deki ardışıklıkla yapılır [20].
46
Çizelge 2.15. Üç değişken için eksen, etken ve merkez noktaları
Etken Noktaları
Eksen Noktaları
Merkez (Orta) Nokta
U1
U2
U3
U1
U2
U3
U1
U2
U3
+1
+1
+1
+α
0
0
0
0
0
+1
+1
-1
-α
0
0
+1
-1
+1
0
+α
0
+1
-1
-1
0
-α
0
-1
+1
+1
0
0
+α
-1
+1
-1
0
0
-α
-1
-1
+1
-1
-1
-1
Araştırma bölgesi ve merkez plan seçilir. Koordinat başlangıcı oraya yerleştirilir. Daha
sonra her bir faktör için değişim aralığı seçilir. Planın merkezinin ve aralığının
seçilmesi ancak deney yapanın deneyiminden ve süreçleri iyi tanımlamasından ileri
gelir. Tasarım kuralı üç çeşit kombinasyonu içerir. Bunlar; Eksen Noktaları, Etken
Noktaları ve Merkez (Orta) Noktalarıdır. Eksen noktalarında, diğerleri merkez (orta)
nokta düzeyinde iken her bir değişkenin uç noktalarını içerir (alt ve üst sınır değerleri).
Etken noktaları, merkezden yaklaşık eşit uzaklıktaki düzeyler için yapılan deneylerdir.
Deneysel hatayı azaltmak amacıyla merkez (orta) noktalarda deneyler genellikle üç
veya beş kez tekrar edilir. Üç faktörlü doğrusal olmayan plan matrisi Çizelge 2.16’da
gösterilmiştir [20].
47
Çizelge 2.16. Üç faktörlü ikinci dereceden plan matrisi
Deney No
U1
U2
U3
Gözlenen Değer
1
+1
+1
+1
Y1
2
+1
+1
-1
Y2
3
+1
-1
+1
Y3
4
+1
-1
-1
Y4
5
-1
+1
+1
Y5
6
-1
+1
-1
Y6
7
-1
-1
+1
Y7
8
-1
-1
-1
Y8
9
+α
0
0
Y9
10
-α
0
0
Y10
11
0
+α
0
Y11
12
0
-α
0
Y12
13
0
0
+α
Y13
14
0
0
-α
Y14
15
0
0
0
Y15
16
0
0
0
Y16
17
0
0
0
Y17
18
0
0
0
Y18
19
0
0
0
Y19
20
0
0
0
Y20
İkinci derece eksen üzerinde değişebilir tasarımda α değeri aşağıdaki eşitlik ile
tanımlanmaktadır.
α = 2K/4
,K<5
α = 2(K-1)/4
,K ≥ 5
Farklı sayıdaki değişkenler için no ve α ‘nın değerleri Çizelge 2.17’de verilmektedir.
48
Çizelge 2.17. Farklı sayıdaki değişkenler için no ve α değerleri [20]
Değişken 2
3
4
5
5
6
6
7
7
sayısı, k
Tasarım
22
23
24
25
25-1
26
26-1
27
27-1
α
1.41
1.68
2.00
2.38
2.00
2.83
2.38
333
2.83
no
5
6
6
10
6
15
9
21
14
Model katsayılarını ( βi , βii , βij ) belirlenmesi için Taylor serisi kullanılır.
βi = ∂f/∂Xi │xi=0, βij = ∂²f/∂XiXj │x=0 , βii = ∂²f/∂Xi2 │x=0
Bu katsayıların bulunması için en küçük kareler yöntemi kullanılır. En küçük kareler
yöntemine göre gözlenen fonksiyon değerleri ile hesaplanan fonksiyon değerleri
arasındaki farkın minimum olması gerekir. Bu fark aşağıdaki eşitlik ile gösterilir.
N
L = ∑ ( Yi – Ýi) = min
i=1
Gerçekleştirilen tasarım yönteminde kullanılan model, ANOVA (Analysis of
Variance) testi ile istatistiksel olarak değerlendirilir. Bu test, sistem için önerilen
model ve hatanın serbestlik derecesi, karelerin toplamı ve karelerin oranını içerir.
Çizelge 2.18’de ANOVA testinde kullanılan değerler verilmiştir [20].
Çizelge 2.18. ANOVA testinde kullanılan değerler
Kaynak
Serbestlik
Karelerin
Karelerin oranı F
derecesi (df)
toplamı (KT)
(KO)
Model
f3
Hata
f2
MKT
HKT
Toplam
f1
THKT
MKT / f3
HKT / f2
THKT/ f1
MKO / HKO
49
HKT
: Hata karelerinin toplamı
MKT
: Model karelerinin toplamı
THKT
: Toplam hata karelerinin toplamı
MKO
: Model karelerinin oranı
HKO
: Hata karelerinin oranı
Regresyon katsayısı; R2 = (MKT) / (THKT)
olarak ifade edilir.R2 değerinin büyük olması (1’e yakın), modelin sistemi iyi ifade
ettiğini gösterir.
2.9. Kaynak Araştırması
Angelidaki ve arkadaşlarının 2005 yılında yapmış oldukları çalışmada tam ölçekli
biyogaz tesisinin verimine reaktör şeklinin ve işletme koşullarının etkisi
incelenmiştir. Tesislerin verimliliğine etki eden önemli işletme etkenini bulmak için
18 tam ölçekli merkezi biyogaz tesisi kurulmuştur. Uçucu yağ asitlerinin derişiminin
1,5 g/l nin altında olduğunda çoğu tesisin kararlı olarak çalıştığı görülmüştür. Aşırı
yükleme ile uçucu yağ asitlerinin derişiminde artış görülmüştür. Amonyağın
kararlılık için önemli bir etken olduğu, biyogaz üretimindeki artış ile yüksek
miktarda amonyak arasında bir ilişki olduğu görülmüştür. Amonyak yaklaşık olarak
4 g N/ l ‘ den büyük olduğunda ayrışma verimliliği düşmüş ve sonuç olarak kalan
metan potansiyeli yüksek olmuştur. Kalan metan potansiyeli hidrolik bekleme
süresindeki artışla düşmüştür. Sıcaklık 15 oC nin altında olduğunda anaerobik
sindirimin çok verimsiz olduğu gözlemlenmiştir [21].
Mahanta ve arkadaşlarının yapmış olduğu çalışmada bir biyogaz reaktörünün gaz
üretim hızına sıcaklığın ve toplam katı derişiminin etkisi laboratuvar ölçekli deneyler
yapılarak incelenmiştir. Sıcaklık kontrolü altında kesikli reaktörlerle gaz üretim hızı
çalışılmıştır. Toplam katı derişimleri 2,5 %, 8% ve 12,5 % olan sığır dışkısı-su
karışımlarıyla çalışılmıştır. Reaktörlerin 30
o
C, 35
o
C, 40
o
C, 45
o
C sabit
sıcaklıklarda olması sağlanmış, haftalık olarak pH ölçümü yapılmıştır. Bu çalışma,
35 oC’de ve toplam katı oranının %8 olduğu koşullarda gaz üretiminin daha fazla
olduğunu göstermiştir [22].
50
Sadaka ve arkadaşlarının 2000 yılında biyogaz üretimiyle domuz, kümes hayvanları
ve sığır dışkılarının anaerobik olarak ayrışması konusunda çalışma yapmıştır.
Hayvan
dışkılarının
çürütülmesinden
biyogaz
üretiminin
potansiyelini
değerlendirmek amacıyla bir kesikli anaerobik ayrışma süreci araştırılmıştır. Çürüme
zamanının ve başlangıçtaki toplam katı içeriğinin biyogaz dönüşümüne etkisi ve
domuz, kümes hayvanları ve sığır dışkılarının çürütülmesi sırasında katı miktarındaki
azalma incelenmiştir. Uçucu katıdaki (UK) azalma reaktördeki başlangıç katı
içeriğinin azalmasıyla çok az olarak artmıştır. Ayrışma sırasında pH değerleri sabit
ve anaerobik ayrışma için uygun olarak tutulmuştur. Proses esnasında TKN ve
amonyak azotundaki azalma KOİ deki azalmayla benzerlik göstermiş ve
reaktörlerdeki düşük başlangıç katı içeriği için daha fazla azalma gözlenmiştir. Tüm
dışkı türleri için reaktördeki katı içeriğinin azalmasıyla biyogaz üretimi artmıştır. En
düşük başlangıç katı içeriği (12-14%) için domuz dışkısı daha çok biyogaz üretmiş,
fakat yüksek başlangıç katı içeriklerinde dışkı türlerine göre biyogaz üretiminde çok
az farklılık görülmüştür. Sonuçlara göre düşük katı içerikleri ile uygun biyogaz
üretim hızı ve uygun uçucu katı azalması elde etmek için mikroorganizma nüfusunun
ortama alıştırılması gerektiği sonucuna varılmıştır [23].
Shijun ve arkadaşlarının yapmış oldukları bir çalışmada anaerobik tanecikli çamurun
metanojenik aktivitesine amonyak derişiminin etkisi incelenmiştir. İşlemekte olan
Anaerobik Baffled Reaktörden (ABR) çamur alınarak kesikli sistemde deneyler
yapılarak biyogaz dönüşümüne ve anaerobik tanecikli çamurun metanojenik
etkinliğine çeşitli amonyak derişimlerinin etkisi incelenmiştir. Deney sonuçları;
başlangıç amonyak derişimine bağlı olarak amonyum iyonlarının (NH4+-N)
anaerobik çamurun üzerine hem olumlu hem de olumsuz etkisinin olduğunu
göstermiştir. Kontrol deneyi ile karşılaştırıldığında amonyum miktarı 0,2 g/L
olduğunda biyogaz üretimini %5, 0,4 g/ L olduğunda ise % 10 yükselmektedir.
Fakat amonyum miktarı 0.8 g/L olduğunda metanojenik etkinlik % 7 oranında
engellenmiştir. Amonyum derişimi 2, 3, 4 g/L ye çıktığında metan üretim hızı
sırasıyla %20, %28, %45 oranında azalmıştır [24].
51
Demirel ve arkadaşlarının bir çalışmasında, bir anaerobik
reaktörde, mikrobial
nüfusun davranışını incelemişlerdir. Bir tank ve sürekli döngü sistemi ile
birleştirilmiş, sürekli akışlı tam karıştırmalı, laboratuvar ölçekli ,anaerobic reaktör
24 ve 12 saat arasında değişen HRT süreleri ile işletilmiştir. Besin olarak mandıra
atıksuyu kullanılmıştır. Özellikle metan oluşturucu bakteri aktivitesi 16 ve 12 HRT
lerde önemli derecede azalmıştır. Eğer anaerobic sindirim sisteminde geridönüşüm
istenirse çöktürme tankı yerine bir membran daha etkili bir yöntem olacaktır [25].
Ueno ve arkadaşlarının yaptığı çalışmada katı maddeler içeren organik atıkların
termofilik aneorobik bakteriler tarafından sindirilmesinde, hidrojen üretimi sırasında
ürün oluşumu ve bakteri topluluğunun yapısı ile ilgili örnekteki değişimler
incelenmiştir. Asetat ,bütirat
üretimi ile birlikte hidrojen fermantasyonunun
optimum değerleri 1 günden küçük HRT ve 5,0-6,0 pH değerleridir. Başlangıçta
Termoaneobakteri
termosaccharolyticum
baskın
olan
hidrojen-üretim
mikroorganizmasıdır. 4 gün HRT den sonra ve 7,0-8,0 pH aralığında bilinmeyen
organizmalar baskın hale gelmiştir. Bu değerlerde hidrojen üretimi olamamakla
birlikte, katı maddelerin oldukça yüksek çözünürlük verimi gözlenmiştir. 4 farklı pH
değerinde (5,6,7,8) ve her bir pH değeri için 7 farklı hidrolik alıkoyulma süresinde
(0,5, 0,7, 1, 2, 3, 4, 6 gün) çalışılmış. pH değeri 5 olduğunda metan oluşumu
görülmemiş. pH ın 7 ve 8 olduğu değerlerde yüksek alıkoyulma süresinde metan
oluşumu gözlenmiştir. En yüksek metan miktarı (11,3 mmol l-1reaktör gün-1) 8 pH
değerinde ve 6 HRT değerinde görülmüş. Hidrojen gazı üretimi 1 den küçük HRT
değerlerinde ve 5,6 pH değerlerinde gözlemlenmiştir. En yüksek H2 değeri pH =5,
HRT=0,7 gün (112,4 mmol l-1reaktör gün-1) ve pH=6, HRT=0,5 (199,1 mmol l1
reaktör gün-1) gün değerlerinde görülmüştür. Asetat üretimi her koşulda görülmüş ve
en büyük değeri pH=7 ve HRT=0,5 değerinde görülmüştür (80,3 mmol l-1reaktör
gün-1). Genel olarak HRT değeri artınca H2, CO2 ve asetat üretimi azalmış, metan
üretimi artmıştır [26].
Anozie ve arkadaşları 58 cm eninde, 106 cm uzunluğunda 0,28 m3 lük pilot ölçekli
kesikli biyogaz reaktörü kurarak 40 günlük bekleme süresinde dört farklı atıktan
biyogaz üretimini incelemişlerdir. Reaktör hacminin yarısı (140 litre) kullanılmıştır.
52
Atık olarak tavuk dışkısı, mısır sapı, sığır dışkısı ve bunların karışımını (aynı
miktarlarda alınarak) kullanmışlardır. Her nemli atıktan 48,9 gram alarak 1:1
oranında suyla karıştırarak besleme olarak kullanmışlardır. Günlük ortalama gaz
üretimi en fazla (137 litre) tavuk dışkısından, en az ise (16,38 litre) mısır sapından
elde edilmiştir. Sığır dışkısından günlük ortalama 17,78 litre, karışımdan 18,16 litre
biyogaz elde edilmiştir. Biyogaz üretimi tavuk dışkısından ikinci günde, mısır
sapından altıncı günde, sığır dışkısından üçüncü günde başlamıştır. Reaktörün pH
değeri 6,7 – 7,4 arasında, sıcaklığı ise 25 oC-29 oC arasında değişmiştir. Üretilen
biyogaz %60 oranında metan içermektedir [27].
Anjan ve arkadaşlarının yapmış oldukları çalışmada sığır dışkısından biyogaz
üretiminin hızına çürütülmüş çamur karıştırmanın etkisi incelenmiştir. Bunun için
40 kg sığır dışkısı ile 40 kg %10 u çürütülmüş çamur (aşı) olan sığır dışkısından
biyogaz üretilmiştir. Çürütülmüş çamur 20-23 0C sıcaklıkları arasında çalıştırılan 15
haftadır çalışan biyogaz prosesinden alınmıştır. Çürütülmüş çamurun eklenmesi
biyogaz üretim hızını arttırmıştır. Çürütülmüş çamur eklenen dışkıdan 1457 L
biyogaz elde edilirken sadece sığır dışkısı kullanılan atıktan 821 L biyogaz elde
edilmiştir. Kilogram kuru katı başına çürütülmüş çamur eklenen reaktörde 159 L,
diğer reaktörde 103 L gaz üretilmiştir. Çürütülmüş çamur kullanılan reaktörde uçucu
katılardaki azalma % 36,10 iken diğer reaktörde % 23,93 tür. İlk haftada aşı
kullanılan reaktörde 60 L gaz üretilirken diğer reaktörde ihmal edilecek kadar az
miktarda gaz üretilmiştir. Bu zaman diliminde aşı yapılmış reaktörde metan oranı %
52 iken diğer reaktörde % 38 dir. Üçüncü haftada her iki reaktörden elde edilen
gazların metan yüzdesi % 55-60 arasındadır. Aşı yapılan reaktörde en fazla gaz
üretimi (180 L) 3. ve 4. haftalarda görülürken, diğer reaktörde (100 L) 11. ve 12.
haftalarda görülmektedir [28].
Kalyuzhnyi ve arkadaşlar tavuk dışkısının sıvı kısmının UASB reaktörlerinde
anaerobik arıtımını incelemişlerdir. Bunun için 35 0C’de 2 L ve 6 L laboratuar
ölçekli iki UASB reaktörlerinde çalışmışlardır. Aşı olarak sentetik atık su işleten
UASB reaktöründen alınan tanecikli çamur kullanılmıştır. Reaktöre besleme
yapılmadan önce atığa 1-2 günlüğüne 18-20
0
C’de ön asitleştirme işlemi
53
uygulanmıştır. Başlangıç KOİ değerleri olarak 10,5-20 g/L arasında değerlerle,
uçucu yağ asitleri değrişimleri değerleri olarak 3,9-6,7 g KOİ/L arasında değerlerle
ve 6,2-7,1 pH aralığında değerlerle deneyler yapılmıştır. Başlangıç organik yükleme
hızı (OLR) 1 g KOİ/L.gün-1 olarak belirlenmiş ve kademeli olarak 11-12 g
KOİ/L.gün-1 arasındaki değerle arttırılmıştır. Bu organik yükleme hızlarında, 1-2 gün
arasında alıkoyulma sürelerinde çalışılmıştır. Deneyler sonucunda en yüksek gaz
üretimleri 2 l’lik reaktörde (3,59 L gaz/ l.gün-1 ), 12,07 g KOİ/L.gün-1 yükleme
hızında, 0,87 gün alıkoyulma süresinde, 6 L’lik reaktörde (3,51 L gaz/ l.gün-1), 11,05
g KOİ/L.gün-1 yükleme hızında, 1,81 alıkoyulma süresinde gerçekleşmiştir. En
yüksek KOİ giderimi 2 L’lik reaktörde (%91), 5,97 g KOİ/L.gün-1 yükleme hızında,
3,35 gün alıkonma süresinde, 6 L’lik reaktörde ise 5,52g KOİ/L.gün-1 yükleme
hızında, 3,62 gün alıkoyulma süresinde gerçekleşmiştir. Tüm deneylerde üretilen
gazlardaki metan içeriği %78-82 arasında değişmektedir. Her iki reaktörde de
organik yükleme hızı arttıkça KOİ giderimi azalırken oluşan gaz miktarı artmaktadır
ve gazların metan içeriğinde önemli derecede değişiklik görülmemektedir [29].
Bujoczek ve arkadaşlarının 2000 yılında yaptıkları bir çalışmada yüksek katı içerikli
tavuk gübresinin anaerobik arıtımı incelenmiştir. Deneyler 35 oC sıcaklıkta, 160
mL’lik şişelerde, 119 gün (17 hafta) alıkoyulma sürelerinde gerçekleştirilmiştir.
%21,7 toplam katı içeriğine sahip taze gübre (yaklaşık 3 saatlik) ve iki çeşit aşı
değişik katı oranlarında (%5-%21,7) karıştırılmıştır. Aşı olarak taze gübrenin bir
çukurda 6 ay kadar bekletilmesiyle oluşan gübre ve anaerobik arıtım çamuru
kullanılmıştır. Ayrıca taze gübrenin aşı kullanılmadan değişik seyreltmeleri de
incelenmiştir. Çalışmanın sonucunda % 10,3 katı oranının en uygun olduğu,
anaerobik arıtma çamurunun 6 ay bekletilerek elde edilen tavuk gübresinden daha
üstün nitelikte aşı olduğu belirlenmiştir. Bütün denemeler içerisinde metan üretimi ve
arta kalan uçucu yağ asitleri bakımından en fazla sindirimin (473 mL CH4/g
UKMgiderilen)
%40 taze gübre, %60 anaerobik arıtım çamuru karışımından (%10,3
lük katı oranında) elde edildiği belirlenmiştir. Serbest amonyağın 250 mg/L
üzerindeki değerlerinin metan üretimini durdurduğu gözlemlenmiştir. Sadece taze
gübre kullanılan deneyler arasında metan üretimi (548 mL CH4/g UKMgiderilen )
54
bakımından en uygun karışımın % 5 katı oranına seyreltilen karışım olduğu
belirlenmiştir [30].
Callaghan ve arkadaşları 2002 yılında yapmış oldukları bir çalışmada sığır gübresine
değişik oranlarda sebze ve meyve atıkları ve tavuk gübresi karıştırmışlar,
karışımların anaerobik arıtımlarını sürekli karıştırmalı tank reaktörde incelemişlerdir.
Deneylere başlamadan önce sebze ve meyve atıkları %10’a (ağırlık/hacim), tavuk
gübresi %15’e (ağırlık/hacim), sığır gübresi ise % 7,6’ya (ağırlık/hacim)
seyreltilmiştir. Reaktör hacmi 18 litre, çalışma sıcaklığı ise 35 oC’dir. Alıkoyulma
süresi 21 gün olarak, yükleme hızı ise 3,19-5,01 kg UK/m3gün arasında tutulmuştur.
Sığır gübresine diğer atıklar karıştırılmadan önce sığır gübresi ile 4 ay süresinde
çalışılmış, daha sonra tüm karışım oranlarında 28’er gün çalışılmıştır. Sığır gübresi
ve meyve ve sebze atıkları karışımında meyve ve sebze atıklarının karışımdaki oranı
%20’den %50’ye (ağırlıkça) çıkarılınca; metan miktarı 0,23 m3CH4/kg UK eklenen’den
0,45 m3CH4/kg UK
eklenen’e
çıkmıştır. Bu etki UK gideriminde önemsiz derecede
azalmaya neden olmuştur. Sığır gübresinde ve tavuk gübresi karışımındaki tavuk
gübresi oranı arttıkça hem metan üretiminde hem de UK gideriminde azalma
görülmüştür. Buna amonyak zehirlenmesi neden olmuştur [31].
Karim ve arkadaşları 2005 yılında yaptıkları bir çalışmada karıştırma çeşidinin
(biyogaz sirkülasyonu, çark ile karıştırma, çamur sirkülasyonu) ve katı oranının
laboratuar ölçekli anaerobik reaktörlerin performansına etkisini incelemişlerdir.
Reaktörler %5 ve %10 katı oranında dışkı ile beslenmiş bunun için 8 W/m3 lük sabit
enerji sağlanmıştır. Deneyler 35 oC’de 3,73 L çalışma hacimli 8 adet laboratuar
ölçekli reaktörlerde gerçekleştirilmiş, alıkoyulma süresi 16,2 gün olarak tutulmuştur.
3,08 gTK/L.gün (%5), ve 6,2 gTK/L.gün (%10) yükleme hızlarında çalışılmıştır.
Sonuçlara göre %5 katı oranında çalışıldığında karıştırma yapılan reaktörle
karıştırma yapılmayan reaktör arasında benzerlik görülmüş, 0,84-0,94 L/L.gün
hızında biyogaz üretilmiş, metan yüzdesi 0,26-0,31 L CH4/g UKyüklenen olarak
belirlenmiştir. Bunun nedeni düşük katı derişimlerinde (%5) üretilen gaz yeterli
miktarda karışımı sağlamaktadır. %10 katı oranında çalışılan deneylerde karıştırma
ve karıştırma çeşidinin önemli derecede etkisi gözlemlenmiştir. Bu deneylerde,
55
çamur sirkülasyonu ile yapılan karıştırmada %29, çark ile yapılan karıştırmada %22,
biyogaz sirkülasyonu ile yapılan karıştırmada %15 oranında daha fazla biyogaz
üretildiği görülmüştür. %5 katı oranında yapılan çalışmalarda katı çökelmesi
görünmezken %10 katı oranında yapılan çalışmalarda katı çökelmesi görülmüştür.
Sonuç olarak karıştırma, dışkının katı oranı arttıkça önemli hale gelmektedir [32].
2.10. Materyal ve Yöntem
2.10.1. Deneylerde kullanılan tavuk gübresinin özellikleri
Deneysel çalışmada kullanılan tavuk gübresi T.C. Tarım ve Köy İşleri Bakanlığı
Tavukçuluk Araştırma Enstitüsünden, reaktörlere yapılan aşı ise ASKİ’ nin Ankara
Atıksu Arıtma Tesisi anaerobik çamur çürütme tanklarından temin edilmiştir. Alınan
tavuk gübresinin özelliklerini belirlemek için yapılan deneyler aşağıda açıklanmıştır
[33].
Toplam kuru katı tayini
Tartım kabı 103-105 0C ‘ de 1 saat ısıtılır. Desikatörde, kullanılıncaya kadar saklanır.
Kullanmadan önce hızlı bir şekilde tartılır. Ağırlık kaydedilir. İyi karıştırılmış ve
ağırlığı bilinen numuneden homojen olacak şekilde alınır, tartım kabına aktarılır.
Ağırlık kaydedilir. Numune miktarı 2,5-200 mg arasında atık verecek şekilde
seçilmelidir. Numune buhar banyosunda veya kurutucu fırında buharlaştırılır.
Buharlaştırılmış numune, fırında 103-105°C’de en az 1 saat kurutulur, sıcaklığı
dengelemek için kap desikatörde soğutulur ve sonra tartılır. Sabit tartıma gelene
kadar veya ağırlık değişimi bir öncekinin %4’ünden az olana kadar ya da ağırlık
değişimi 0,5 mg’dan daha az olana kadar; kurutma, soğutma, desikatörde bekletme
ve tartma basamakları tekrarlanır.
56
Hesaplama
g toplam katı / g = (A-B) / örnek ağırlığı, g
A = Kurutma işleminden sonraki tartım kabının ve numunenin ağırlıkları toplamı, g
B= Boş tartım kabının ağırlığı, g
Toplam çözünmüş katı tayini
Cam-fiber filtre disklerin hazırlanması: Eğer önceden hazırlanmış cam-fiber filtre
diskler kullanılırsa, bu basamak atlanır. Filtrasyon aletine katlanmış kenarlı diskler
yerleştirilir. Vakum uygulanır ve disk birbiri ardına 3 kez 20 mL hacimli saf suyla
yıkanır. Tüm su uzaklaşıncaya kadar vakuma devam edilir. Yıkama suları atılır.
Tartım kabı fırında 180 ± 2°C ’de 1 saat ısıtılır. Desikatörde, kullanılıncaya kadar
saklanır. Kullanmadan önce hızlı bir şekilde tartılır. Ağırlık kaydedilir.
Numune analizi: Vakum ile çalışır durumundaki cam-fiber filtrenin üzerine homojen
olarak seçilen, ağırlığı belli olan numune konulur. Numune miktarı 2,5-200 mg
arasında atık verecek şekilde seçilmelidir. Yıkamalar arasında suyun tamamının
süzülmesine izin verilerek, birbiri ardına 3 kez 10 mL hacimli saf suyla numune
yıkanır. Eğer filtrasyonun tamamlanması için 10 dk’dan fazla gerekliyse, filtre
boyutu arttırılır veya numune hacmi azaltılır. Filtrasyon tamamlandıktan sonra 3 dk
kadar vakuma devam edilir. Toplam filtratı ( yıkama suları ile birlikte ) önceden
tartılmış tartım kabına aktarılır ve buhar banyosunda veya kurutma fırınında
kuruyana kadar buharlaştırılır. Buharlaştırılmış numune, fırında 180 ± 2°C ’de en az
1 saat kurutulur, sıcaklığı dengelemek için desikatörde soğutulur ve tartılır. Sabit
tartıma gelene kadar veya ağırlık değişimi bir öncekinin %4’ünden az olana kadar ya
da ağırlık değişimi 0,5 mg’dan daha az olana kadar; kurutma, soğutma, desikatörde
bekletme ve tartma evreleri tekrarlanır.
57
Hesaplama
g toplam çözünmüş katılar/ g numune = ( A - B ) / örnek ağırlığı, g
A= Kurutma işleminden sonraki numunenin ve tartım kabının ağırlıkları toplamı, g
B= Boş tartım kabının ağırlığı, g
Toplam askıdaki katılar tayini
Cam-fiber filtre disklerin hazırlanması: Eğer önceden hazırlanmış cam-fiber filtre
diskler kullanılacaksa, bu basamak atlanır. Filtrasyon aletine katlanmış kenarlı
diskler yerleştirilir. Vakum uygulanır ve disk birbiri ardına 3 kez 20 mL hacimli saf
suyla yıkanır. Tüm su uzaklaşıncaya kadar vakum uygulamaya devam edilir, vakum
durdurulur ve yıkama suları atılır. Filtrasyon aletinden filtre kaldırılır, (Eğer Gooch
krozesi kullanılırsa, kroze ve filtre birlikte uzaklaştırılır) inert alüminyum tartım
kabına yerleştirilir. Fırında 103-105°C’de 1 saat kurutulur. Sıcaklığı dengelemek için
desikatörde soğutulur ve tartılır. Sabit tartıma gelene kadar veya ağırlık değişimi bir
öncekinin %4’ünden az olana kadar ya da ağırlık değişimi 0.5 mg’dan daha az olana
kadar; kurutma, yakma, soğutma, desikatörde bekletme ve tartma evreleri tekrarlanır.
İhtiyaç duyulana kadar desikatörde saklanır.
Numune analizi: Filtre filtrasyon aparatına yerleştirilir ve vakuma başlanır. Filtrenin
yerleşmesi için çok az miktarda saf suyla ıslatılır. 2,5-200 mg kuru atık verecek
şekilde ve homojen olarak alınan ağırlığı bilinen numune cam fiber filtre üzerine
yerleştirilir. Yıkamalar arasında suyun tamamının süzülmesine izin vererek, birbiri
ardına 3 kez 10 mL hacimli saf suyla yıkanır ve filtrasyon tamamlandıktan sonra 3
dakika kadar vakuma devam edilir. Yüksek oranda çözünmüş katı içeren numuneler
ilave yıkama gerektirebilir. Filtre dikkatlice filtrasyon aletinden kaldırılır. (Eğer
Gooch krozesi kullanılırsa, kroze ve filtre birlikte uzaklaştırılır.) ve alüminyum
tartım kabına aktarılır. Fırında 103-105°C’de en az 1 saat kurutulur, sıcaklığı
dengelemek için desikatörde soğutulur ve tartılır. Sabit tartıma gelene kadar veya
ağırlık değişimi bir öncekinin %4’ünden az olana kadar ya da ağırlık değişimi 0,5
58
mg’dan daha az olana kadar; kurutma, soğutma, desikatörde bekletme ve tartma
evreleri tekrarlanır.
Hesaplama
g toplam askıdaki katılar / g numune = (A-B) / örnek ağırlığı, g
A= filtre ağırlığı + kuru atık (g)
B= filtre ağırlığı(g)
Sabit ve uçucu katılar tayini
Toplam katı, toplam çözünmüş katı veya toplam askıdaki katı tayininden elde edilen
atık fırında 550°C’de sabit tartıma gelene kadar yakılması ile tayin yapılır. Bunun
için tartım kabı veya filtre diski fırına konulur ve 550 0C ‘ de yakılır. Genelde 200
mg atık için 15-20 dakika yakma işlemi yapılır. Tartım kabı veya filtre önce havada
ısının büyük bir kısmı uzaklaşıncaya kadar soğutulur. Sonra desikatöre konur,
desikatörden çıkarılarak hızlı bir şekilde tartılır. Sabit tartıma gelene kadar veya
ağırlık değişimi bir öncekinin %4’ünden az olana kadar ya da ağırlık değişimi 0.5
mg’dan daha az olana kadar; yakma, soğutma, desikatörde bekletme ve tartma
evreleri tekrarlanır.
Hesaplama
g uçucu katılar / g numune = (A-B) / örnek ağırlığı, g
g sabit katılar / g numune = (B-C) / örnek ağırlığı, g
A= yakma işleminden önce atık ve kabın (tartım kabı veya disk) birlikte ağırlığı. (g)
B= yakma işleminden sonra atık ve kabın (tartım kabı veya disk) birlikte ağırlığı. (g)
C= kabın (tartım kabı veya disk) ağırlığı. (g)
59
2.10.2. Deneysel değişkenlerin belirlenmesi
Çalışmada, gaz üretimine, asetik asit oluşumuna, KOİ azalmasına sıcaklık, pH ve
katı madde yüzdesinin etkisi incelenmiştir.
Sıcaklık
Havasız arıtmada mikroorganizmaların metabolik etkinliklerini sıcaklık önemli
derecede etkilediğinden dolayı sıcaklık parametre olarak seçilmiştir. Literatür
çalışmaları doğrultusunda sıcaklık aralığı 33
0
C – 37
0
C olarak seçilmiştir.
Deneylerde sıcaklık denetimini sağlamak için su banyoları kullanılmıştır.
pH
pH değerinden hem metan bakterileri hem de asit bakterileri önemli derecede
etkilenirler. Literatür çalışmaları doğrultusunda her iki bakteri türü için uygun olan
6,5 – 7,5 pH aralığı seçilmiştir. Deneyler sırasında pH ölçümleri Metrohm markalı
744 model bir pH metre ile yapılmıştır. pH ayarlanması molariteleri 0,1 M – 5 M
aralığında değişen NaOH çözeltileri ile 0,1 M – 1 M aralığında değişen H2SO4
çözeltileri ile yapılmıştır. Reaktörlerdeki ortam pH’ı 3 saatte bir ayarlanmıştır.
Katı madde yüzdesi
Havasız arıtmada kullanılan organik atıkların katı madde içerikleri biyogaz üretimini
ve biyogaz içerisindeki metan yüzdesini önemli derecede etkilemektedir. Düşük katı
yüzdelerinde havasız ortam koşullarını sağlamak zorlaşır, yüksek katı derişiminde ise
bakteriyel etkinliğin yavaşlaması nedeni ile biyogaz üretim hızı düşer. Bu yüzden
katı madde yüzdesi de bir parametre olarak seçilmiştir. Literatür çalışmaları
doğrultusunda katı madde yüzdesi (ağırlık/ağırlık) % 7 – 11 aralığında seçilmiştir.
Karıştırma
Üretilen gazın sistemden uzaklaştırılması, yüzeyde oluşan ve gazın rahat çıkmasını
engelleyen tabakanın dağılması ve çökelmenin önlenmesi amacıyla karıştırma
60
yapmak oldukça önemlidir. Aşırı karıştırma değişik bakterilerin kendi aralarında
oluşturduğu dengeyi bozarak sistemi olumsuz yönde etkileyeceğinden karıştırma
aşırı yapılmamış, pH denetimlerinden 5 dakika önce su banyosunun çalkalama
kısımları ile yapılmıştır.
Alıkoyulma süresi
İlk yirmi dört saatte aktivitenin yüksek olmasından dolayı yirmi dört saatlik bir
bekleme süresinde çalışılmıştır.
Parçacık büyüklüğü
Deneylerde kullanılmak üzere alınan tavuk dışkısı bıçaklı parçalayıcı ile belli bir
parçacık büyüklüğüne getirilmiş ve dışkının eş dağılımlı olması sağlanmıştır.
2.10.3. Box – Wilson Deneysel Tasarım Yöntemi ile KOİ giderimi, gaz oluşumu
ve asetik asit oluşumu için yapılacak deneylerin belirlenmesi
Bağımsız değişken olarak sıcaklık, pH ve katı madde yüzdesi seçilmiştir. Buna göre
gaz oluşum hızı, KOİ giderim hızı ve asetik asit oluşum hızı için deneysel tasarım
değişkenleri, seviye aralıkları Çizelge 2.19’da verilmiştir.
Çizelge 2.19. Deneysel tasarım değişkenleri, seviye ve aralıkları
Bağımsız değişkenler
o
Sıcaklık, C
pH
Katı madde yüzdesi (ağ./ağ.)
Aralık ve Seviyeleri
-α
-1
0
31,64
33
35
6,16
6,5
7,0
2,95
5
8
+1
37
7,5
11
+α
38,36
7,84
13,04
Deneysel tasarım matrisinin kodlanmış ve gerçek değerleri ile 23 faktoriyel merkezi
bileşim değerleri Çizelge 2.20’de verilmiştir.
61
Çizelge 2.20. Deneysel tasarım matrisinin kodlanmış ve doğal değerleri ile 23
faktöriyel merkezi bileşim değerleri
Deney
X1
0
X2
X3
No
U1
U2
U3
(Sıcaklık, C)
(pH)
(Katı Yüzdesi, ağ./ağ.)
1
0
0
0
35,00
7,00
8,00
2
+1
+1
+1
37,00
7,50
11,00
3
0
0
+α
35,00
7,00
13,05
4
0
0
0
35,00
7,00
8,00
5
+1
+1
-1
37,00
7,50
5,00
6
-1
-1
+1
33,00
6,50
11,00
7
0
0
-α
35,00
7,00
2,95
8
+1
-1
-1
37,00
6,50
5,00
9
+1
-1
+1
37,00
6,50
11,00
10
0
0
0
35,00
7,00
8,00
11
0
+α
0
35,00
7,84
8,00
12
0
-α
0
35,00
6,16
8,00
13
+α
0
0
38,36
7,00
8,00
14
-α
0
0
31,64
7,00
8,00
15
0
0
0
35,00
7,00
8,00
16
0
0
0
35,00
7,00
8,00
17
-1
+1
+1
33,00
7,50
11,00
18
-1
+1
-1
33,00
7,50
5,00
19
0
0
0
35,00
7,00
8,00
20
-1
-1
-1
33,00
6,50
5,00
2.11. Deney Düzeneği
2.11.1. Reaktör
Her bir deney için bir tane olmak üzere toplam 20 tane 250 mL hacimli cam erlenler
reaktör olarak kullanılmıştır. Yapılacak olan deneylerin katı madde yüzdesine göre
hesaplanan miktarlarda tavuk dışkısı alınarak su ve 20 mL anaerobik özümleyici ile
karıştırılmıştır. Her bir reaktörün pH değeri 0,1 M – 5 M aralığında değişen NaOH
çözeltileri ile 0,1 M – 1 M aralığında değişen H2SO4 çözeltileri ile istenilen değere
getirilerek sıcaklığı ayarlanmış su banyolarına koyulmuştur (Resim 2.1).
62
24 saat içerisinde her 6 saatte bir reaktörlerden örnek alınmış, her 3 saatte bir pH
ayarı yapılmıştır.
Resim 2.1. Deney düzeneği
2.11.2. Bağlantı elemanları
Su banyosuna koyulan reaktörler gaz toplama büretlerine, gaz toplama büretleri ise
düzey şişelerine bağlanmıştır. Bağlantı silikon – kauçuk hortumlar ile yapılmıştır.
Silikon – kauçuk hortum kullanılmasının nedeni sızıntı yapmaması ve dayanıklı
olmasıdır.
Reaktör çıkışlarına iki yollu musluk koyulmuştur. pH denetimi ve örnek alma
işlemleri sırasında bu musluklar kapatılarak gazın sistemden uzaklaşmaması
sağlanmıştır. Gaz toplama büretlerinin girişine ve çıkışına üç yollu musluklar
koyularak deney sırasında gaz toplama büretlerinin düzeylerinin ayarlanmasına ve
analiz için gaz alınmasına olanak sağlanmıştır.
2.11.3. Gaz toplama sistemi
Tavuk gübresinin arıtımı süresince oluşan gazı toplamak amacıyla 1 L hacimli
dereceli büretler kullanılmıştır. Büretlerin içine yer değiştirme sıvısı olarak, sulu
Na2SO4 – H2SO4’in doygun çözeltisi koyulmuştur. Oluşan gaz dereceli büretlerin üst
63
kısmından girerek, çözeltinin doygun olmasından dolayı içerisinde çözünmeyerek
sıvıyı düzey şişesine doldurmaktadır. Deney öncesi işaretlenen sıvı düzeyinden
deney sonrasındaki sıvı düzeyi çıkarılarak gaz hacmi ölçülmüş olur. Gaz toplama
düzeneği Şekil 2.13’de gösterilmiştir.
24 saatlik süre içerisinde her 3 saatte bir düzey şişelerindeki dereceli büretlerin
düzeyleri ölçülerek gaz miktarları kaydedilmiştir.
Şekil 2.13. Deney düzeneği ve gaz toplama sistemi
2.12. Analiz Yöntemleri
2.12.1. Kimyasal oksijen ihtiyacı (KOİ) (Spektrofotometrik yöntem)
Spektrofotometrik yöntemde standart yöntemden farklı olarak titrasyon yapılmaz.
Isıtıcı reaktörde 148 0C’ de 2 saat bekletilerek yükseltgenme basamağını tamamlayan
örnekler oda sıcaklığında soğutulur. Soğutulan örneklerin absorbans değerleri
spektrofotometrede 594 nm dalga boyunda ölçülerek KOİ değerleri bulunur [20].
64
Kullanılan malzemeler
1. Hazırlanmış kitler
2. Spektrofotometre (WTW markalı pHotoFlex Turb model)
3. Isıtıcı reaktör (WTW markalı CR 2200 model)
Kitlerin hazırlanması (1-1000 mg KOİ/L için)
Her bir kitin içerisine potasyum dikromat-civa sülfat (K2Cr2O7 – HgSO4)
çözeltisinden 1 mL, sülfürik asit-gümüş sülfat (H2SO4-AgSO4) çözeltisinden 2 mL
alınarak karıştırılır. Bir gün bekletildikten sonra kitler kullanılmaya hazır hale
gelirler.
Kit hazırlamada kullanılan çözeltilerin hazırlanması
Potasyum dikromat, civa sülfat (K2Cr2O7 -HgSO4) çözeltisi: 20 g HgSO4, 200 mL saf
su ve 25 mL derişik H2SO4 içerisinde çözülerek soğutulur. 3,6775 g, 105 oC’ de
kurutulmuş K2Cr2O7 eklenerek 250 mL’ye seyreltilir.
Sülfürik asit – Gümüş sülfat (H2SO4-AgSO4) çözeltisi: 10 g gümüş sülfat 35 mL saf
suda çözülür. 965 mL sülfürik asit yavaş yavaş ilave edilir. Çözelti kullanılmadan bir
gün önce hazırlanmalıdır ve renkli şişede saklanır.
Kalibrasyon eğrisinin hazırlanması
8,5034 g Potasyum Hidrojen Ftalat (HOOCC6H4COOK) 110 0C’ da sabit tartıma
getirilir ve 1 litreye damıtık suyla tamamlanarak Potasyum Hidrojen Ftalat Stok
Çözeltisi hazırlanmış olur. Bu stok çözelti 10 g / L KOİ ye karşılık gelir. Potasyum
Hidrojen Ftalat Stok Çözeltisi’nden 27-750 mg / L arasında çözeltiler hazırlanır.
Hazırlanan çözeltiler ve bu çözeltilere karşılık gelen KOİ değerleri EK-1 ‘de
verilmiştir. Bu çözeltilerin spektrofotometrede 594 nm dalga boyunda absorbans
değerleri okunarak kalibrasyon eğrisi çizilmiştir. (EK-1)
65
Örneklerin KOİ değerlerinin bulunması
Isıtıcı reaktör çalıştırılarak 148 0C ‘ a ısınması beklenir. Hazırlanmış her bir kitin
üzerine örneklerden 2 mL eklenir. Tanık örnek için de 2 mL saf su eklenir. Kitler
çalkalanarak 148 0 C ‘ daki ısıtıcı reaktöre konulur ve 2 saat beklenir. Süre bitiminde
alınan kitler oda sıcaklığında soğutulur. Örnek hacmi azalmışsa değerlendirmeye
alınmaz. Bunun önlenmesi için kitlerin kapakları sıkıca kapatılır. Spektrofotometre
cihazının deiyonize su kullanılarak ‘0’ ayarı yapılır. Spektrofotometrinin hücresine
örneklerin bulunduğu kitler konulur ve absorbans değerleri okunarak kaydedilir [20].
Hesaplama
Spektrofotometreden okunan değerler absorbans (x) değerleridir. Spektrofotometre
için oluşturulan kalibrasyon eğrisinin denkleminde absorbans değerleri konularak
örneklerin KOİ değerleri bulunmuş olur [20].
Tavuk gübresinin KOİ değeri
Tavuk gübresinin KOİ değerinin hesaplanması için spektrofotometrede okunan
absorbans değerinin kalibrasyon eğrisinin sınırları içinde olması gerekir. Bunun için
tavuk dışkısından belirli miktarlar alınarak seyreltme yapılır. Bu çözeltilerden 2’ şer
ml alınarak kitlere konulur ve absorbans değerleri okunarak KOİ değerleri bulunur.
Tavuk dışkısının çözünmüş kısmının KOİ değeri
Ağırlıkça yüzdesi belli çözelti magnetik karıştırıcı ile karıştırılır. Çözünmüş kısmı
üste gelinceye kadar bekletilir. Üst kısımdaki sıvı kısım alınarak santrifüjlenir. Üstte
kalan sıvı kısım mavi bantlı süzgeçten geçirilerek süzüntü kısmından değişik
değerlerde
seyreltmeler
absorbans değerleri okunur.
yapılarak
hazırlanan
çözeltilerin
spekrofotometrede
66
2.12.2. Alkalinite (Asit kapasitesi) tayini
Özümlenmiş tavuk dışkısı karbonat – bikarbonat (CO3-2 / HCO3- ) tamponu
içerdiğinden, eklenilen belirli miktarlardaki asiti nötralize etme yeteneğine sahiptir.
Buna çamurun alkalinitesi denir ve mg CaCO3 / L cinsinden ifade edilir. Alkalinite
filtre edilerek çözünmemiş maddelerinden ayrılan çamurdan belirlenir.
Kullanılan malzemeler
Santrifüj
Santrifüj tüpü
50 mL’ lik beher
Manyetik karıştırıcı (Heidolph markalı, MR 3003 Control model)
Manyetik balık (küçük boy)
Pipet
50 mL’lik otomatik büret (Bürette Digital III, Brand markalı)
pH-metre (Metrohm markalı 744 model)
Reaktifler
0,02 N H2SO4
Yöntem
Tavuk dışkısı örneği alınarak çözünmüş kısmı berrak oluncaya kadar santrifüjlenir.
Çözünmüş kısmından 2 mL alınarak 20 mL’ ye tamamlanır. İçine manyetik balık
konulmuş 50 mL’ lik behere aktarılarak 0,02 N H2SO4 ile titrasyona başlanır. pH
değeri 5 olunca karalı hale gelir. Bu tampon içeriğinden kaynaklanır. Bu ana kadar
kullanılan 0,02 N H2SO4 hacmi A (mL) olarak kaydedilir [34,35].
67
Hesaplama
Alkalinite (mg CaCO3 / L) =
A(ml )(eş.ağ .) × CaCO3
(Vsüzüntü )(l )
A(mL)= Kullanılan H2SO4 hacmi
Eş.ağ. = CaCO3 eşdeğer ağırlığı(1 mL 0,02 N H2SO4 = 1 mg*CaCO3)
V süzüntü = Analiz edilen süzüntü hacmi = 20 mL = 0,02 L
2.12.3. Asetik asit miktarı tayini
Asetik asit miktarı mg CH3COOH (asetik asit) / L cinsinden verilir.
Kullanılan malzemeler
Alkalinite analizinde kullanılan malzemeler kullanılır.
Reaktifler
Alkalinite analizinde kullanılan malzemeler kullanılır.
Yöntem
Alkalinite analizinde pH değeri 5’ e düşürülen süzüntüye H2SO4 eklenmeye devam
edilir. pH 4,4 değerinde dönüm noktası bulunduğundan titrasyon dikkatli ve ağır bir
şekilde gerçekleştirilir. Dönüm noktasındaki H2SO4 hacmi B mL olarak kaydedilir
[34,35].
Hesaplama
mg CH3COOH / L = [(
B−A
× 1,66) − 0,15] × 500
5
B-A = pH değerinin 5’ den 4,4’ e kadar düşmesi için kullanılan H2SO4 hacmi (mL)
68
A = pH değerinin 5’ e düşmesi için kullanılan H2SO4 hacmi (mL)
B = pH değerinin 4,4 e kadar düşmesi için kullanılan H2SO4 hacmi (mL)
Örneklerin KOİ ve asetik asit miktarları belirlenirken, örneklerin ölçümlerden önce
CAT markalı, X 120 model mekanik homojenleştirici ile eş dağılımları sağlanmıştır.
2.12.4. Gaz Ölçümü
Anaerobik arıtım süresince oluşan gazın toplanması için, 1 L hacimli dereceli
büretler kullanılmıştır. Büretlerin içine yer değiştirme sıvısı olarak, sulu Na2SO4 –
H2SO4’in doygun çözeltisi konulmuştur. Oluşan gaz dereceli büretlerin üst
kısmından girerek, çözeltinin doygun olmasından dolayı içerisinde çözünmeyerek
sıvıyı düzey şişesine doldurmaktadır. Deney öncesi işaretlenen sıvı düzeyinden
deney sonrasındaki sıvı düzeyi çıkarılarak gaz hacmi ölçülmüş olur.
Sulu Na2SO4 – H2SO4’in doygun çözeltisinin hazırlanışı
800 mL saf su içinde 200 g Na2SO4 çözülür ve 30 mL derişik H2SO4 eklenir [33].
2.13. Deneysel Bulgular ve Tartışma
Gaz oluşum hızı, KOİ giderim hızı ve asetik asit oluşum hızı için en uygun koşulların
belirlenmesinde “Design Expert 7.0.3 Trial” paket programı kullanılmıştır.
2.13.1. Başlangıç analiz sonuçları
Deneysel çalışmada kullanılan tavuk dışkısının analizleri yapılmış ve sonuçlar
Çizelge 2.21’de verilmiştir [33].
69
Çizelge 2.21. Gaz oluşumu ve asetik asit deneylerinde kullanılan tavuk gübresi
(Set1) ile KOİ ölçümünde kullanılan tavuk gübresinin (Set 2)
özellikleri
Parametreler
Tavuk gübresindeki değerler
Set1
Set2
Toplam kuru katı, g /g gübre
0,3504
0,2797
Nem miktarları, %
64,96
72,03
Toplam çözünmüş katı, g / g gübre
0,0425
0,0475
Toplam askıdaki katılar, g / g gübre
0,3079
0,2322
Uçucu katılar, g / g gübre
0,2555
0,2125
Sabit katılar, g / g gübresi
0,094
0,0686
2.13.2. Gaz oluşumu için elde edilen bulgular
Oluşan gaz miktarları ve gaz oluşum hızları
24 saat süresince her 3 saatte bir gaz hacimleri ölçülmüştür. Oluşan gaz miktarları ve
gaz oluşum hızları Çizelge 2.22 ve Çizelge 2.23’de verilmiştir.
İlk 24 saatte oluşan gazdaki CO2 miktarı fazla olacağından bu gaz biyogaz değildir.
Fakat oluşan gaz tüm mikroorganizmaların aktivitesini ifade eder ve bu konuda bilgi
verir. 24 saati aşan sürelerde reaktörler içerisindeki katı yüzdesi de değişeceğinden
süre kısa tutulmuştur.
70
Çizelge 2.22. Oluşan gaz miktarları
Deney
Gaz hacmi (mL)
no
3.saat
6.saat
9.saat
12.saat
15.saat
18.saat
21.saat
24.saat
1
0
5
8
28
37
48
58
83
2
23
35
45
63
73
75
85
100
3
8
20
30
46
58
70
73
83
4
5
7
15
37
43
53
60
83
5
12
16
20
32
43
50
60
72
6
2
22
47
71
82
100
115
135
7
3
8
10
13
14
16
16
16
8
7
9
13
29
38
63
65
74
9
5
19
46
65
81
97
110
128
10
6
7
10
28
45
56
63
86
11
11
26
40
51
56
56
56
62
12
6
10
16
50
74
97
107
134
13
2
8
20
55
78
95
110
125
14
3
5
5
25
46
57
78
94
15
6
7
12
33
44
53
63
82
16
6
9
15
36
49
61
69
86
17
0
5
11
25
30
46
50
61
18
8
15
19
27
28
29
34
40
19
7
11
13
40
51
53
76
83
20
0
4
10
16
26
33
38
38
71
Çizelge 2.23. Gaz oluşum hızları
Deney
Sıcaklık
No
(oC)
pH
Katı
Gaz oluşum hızları
yüzdesi
(mL / g katı atık.gün)
(ağ./ağ.)
1
35,00
7,00
8,00
6,92
2
37,00
7,50
11,00
6,06
3
35,00
7,00
13,05
4,24
4
35,00
7,00
8,00
6,92
5
37,00
7,50
5,00
9,60
6
33,00
6,50
11,00
8,18
7
35,00
7,00
2,95
3,62
8
37,00
6,50
5,00
9,87
9
37,00
6,50
11,00
7,76
10
35,00
7,00
8,00
7,17
11
35,00
7,84
8,00
5,17
12
35,00
6,16
8,00
1,17
13
38,36
7,00
8,00
10,41
14
31,64
7,00
8,00
7,83
15
35,00
7,00
8,00
6,83
16
35,00
7,00
8,00
7,17
17
33,00
7,50
11,00
3,70
18
33,00
7,50
5,00
5,33
19
35,00
7,00
8,00
6,92
20
33,00
6,50
5,00
5,07
Gaz oluşum hızı için model denkleminin kurulması
24 saat sonunda gaz oluşum hızı için hesaplanan katsayılar ve istatiksel hesaplamalar
Çizelge 2.24’ de verilmiştir.
72
Çizelge 2.24. Gaz oluşum hızı için hesaplanan katsayılar ve istatiksel hesaplamalar
Model parametresi
Hesaplanan katsayılar
p değerleri
Sabit
6,99
X1
1,12
0,0008
X2
-1,19
0,0006
X3
-0,23
0,3622
X1X2
0,28
0,3882
X1X3
-0,89
0,0172
X2X3
-0,77
0,0329
X12
0,73
0,0107
X22
0,39
0,1253
X32
-1,11
0,0008
Modelde yapılan çözüme göre gaz oluşum hızı için elde edilen model eşitliği, hiçbir
model parametresi ihmal edilmeden kodlanmış değerlere göre aşağıdaki gibi
bulunmuştur.
Y1 (Gaz oluşum hızı, mL/g katı atık.gün) = +6,99 + 1,12*X1 – 1,19*X2 – 0,23*X3 +
0,28*X1X2 - 0,89*X1X3 -0,77*X2X3 + 0,73X12 + 0,39X22 – 1,11*X32
Model parametrelerine ait p değerlerinin 0,05’den küçük olması bu parametrelerin
model üzerine etkin olduğunu gösterir. Buna göre gaz oluşum hızına en etkin olan
parametre pH’tır (p=0,0006). Parametrelerin p değerlerinin 0,1’den büyük olması bu
parametrelerin modelde ihmal edilebileceğini gösterir. X32 ve X12 değişkenlerinin
etkin olmaları katı yüzdesinin ve sıcaklığın gaz oluşum hızında bir maksimum nokta
vermeleri demektir.
Model denklemine Anova testi uygulanarak elde edilen sonuçların doğruluğu kontrol
edilmiştir (Çizelge 2.25).
73
Çizelge 2.25. Gaz oluşum hızı için model denklemine Anova testi uygulanarak elde
edilen sonuçlar
Kaynak
Serbestlik
Karelerin
Karelerin oranı
derecesi (df)
Toplamı (KT)
(KO=KT/df)
Model
9
79,71
8,8566
Hata
10
7,81
0,781
Toplam
19
87,52
4,6063
Model karelerinin toplamının toplam değerin kareleri toplamına bölünmesi ile R2
değeri aşağıdaki gibi bulunur.
R2 = 79,71 / 87,52 = 0,9108
Etkinliği az olan parametreler (X3, X1X2, ve X22 ) ihmal edildiğinde 24. saat
sonundaki gaz oluşum hızı için elde edilen model denkliği kodlanmış değerlere göre
aşağıdaki gibidir.
Y1 (Gaz oluşum hızı, mL/g katı atık.gün) = +7,31 + 1,12*X1 – 1,19*X2 -0,89*X1X3 –
0,77*X2X3 + 0,69*X12- 1,15*X32
Bu denklemin R2 değeri ise 0,8704’dür. Bu sonuç etkin olmayan parametrelerin
ihmal edilmediği denklemin R2 değerinden çok daha küçüktür. R2 değeri 0,7 – 1,0
arasında olması modelin doğruluğu hakkında bilgi vermektedir.
24 saat sonunda deneysel olarak bulunan gaz oluşum hızları ile modelden belirlenen
değerlerin karşılaştırılması
24 saat sonunda bulunan gaz oluşum hızları için deneysel sonuçlar ile modelden
hesaplanan sonuçların karşılaştırılması Şekil 2.14’de verilmiştir. Çizelge 2.26’da ise
deneysel sonuçlar, modelden hesaplanan sonuçlar ve % hata oranları verilmiştir.
Hata oranı aşağıdaki eşitlik ile hesaplanmıştır.
74
% Hata = |[(Ymodel-Ydeneysel)/Ydeneysel]*100|
Şekil 2.14. Deneysel olarak bulunan ve modelden hesaplanan gaz oluşum hızlarının
karşılaştırılması
Gaz oluşum hızı için en uygun koşulların belirlenmesi
Elde edilen model denkleminden gaz oluşum hızını en yüksek yapan sıcaklık, pH ve
katı yüzdesinin en uygun değerleri sırasıyla 37,00 0C, 6,5, 7,54 olarak bulunmuştur.
Bu değerlerde gaz oluşum hızı 10,17 mL / g katı atık.gün’dür.
75
Çizelge 2.26. Gaz oluşum hızı için deneysel olarak bulunan ve modelden hesaplanan
değerler ve % hata değerleri
Deney
No
Sıcaklık
pH
o
( C)
Katı
Deneysel olarak
Modelden hesaplanan
Hata
yüzdesi
bulunan Y1
Y1
%
(ağ./ağ.)
(mL/g katı atık.gün)
(mL/g katı atık.gün)
1
35,00
7,00
8,00
6,92
6,99
2
37,00
7,50
11,00
6,06
5,32
3
35,00
7,00
13,05
4,24
3,47
4
35,00
7,00
8,00
6,92
6,99
5
37,00
7,50
5,00
9,60
9,1
6
33,00
6,50
11,00
8,18
8,78
7
35,00
7,00
2,95
3,62
4,24
8
37,00
6,50
5,00
9,87
9,38
9
37,00
6,50
11,00
7,76
8,69
10
35,00
7,00
8,00
7,17
6,99
11
35,00
7,84
8,00
5,17
6,09
12
35,00
6,16
8,00
1,17
10,10
13
38,36
7,00
8,00
10,41
10,94
14
31,64
7,00
8,00
7,83
7,16
15
35,00
7,00
8,00
6,83
6,99
16
35,00
7,00
8,00
7,17
6,99
17
33,00
7,50
11,00
3,70
4,29
18
33,00
7,50
5,00
5,33
4,51
19
35,00
7,00
8,00
6,92
6,99
20
33,00
6,50
5,00
5,07
5,91
1,06
12,22
18,18
1,07
5,21
7,31
17,26
4,93
12,02
2,47
17,87
9,55
5,02
8,60
2,29
2,46
16,04
15,44
1,06
16,65
Gaz oluşum hızları için cevap yüzey eğrilerinin çizilmesi
Gaz oluşum hızına pH ve sıcaklığın ikili etkisini incelemek için katı yüzdesi en
uygun değeri olan 7,54’de sabit tutulur. Bu grafikte x ve y koordinatları bağımsız
değişkenler olan sıcaklık ve pH’ı göstermekte, z koordinatı ise bağımlı değişken olan
gaz oluşum hızını göstermektedir (Şekil 2.15).
76
Gaz olusum hizi
10.2
9.025
7.85
6.675
5.5
7.50
37.00
7.25
36.00
7.00
B: pH
35.00
6.75
34.00
6.50 33.00
A: Sicaklik
Şekil 2.15. Gaz oluşum hızı üzerine sıcaklık ve pH’ın etkisi
Gaz oluşum hızına sıcaklık ve pH’ın etkisinin eş yüzey eğrileri ile gösterimi Şekil
2.16’da verilmiştir.
Gaz olusum hizi
7.50
B: pH
7.25
6.27885
7.00
7.0568
8.61269
7.83475
6.75
9.39064
Prediction 10.1685
6.50
33.00
34.00
35.00
36.00
37.00
A: Sicaklik
Şekil 2.16. Gaz oluşum hızına sıcaklık ve pH’ın etkisinin eş yüzey eğrileri ile
gösterimi
77
pH en uygun değeri olan 6,5’da sabit tutulduğunda gaz oluşum hızına katı yüzdesi ve
sıcaklığın etkisinin grafiksel olarak üç boyutlu gösterimi Şekil 2.17’de, eş yüzey
eğrileri ile gösterimi Şekil 2.18’de verilmiştir.
10.2
Gaz olusum hizi
8.9
7.6
6.3
5
11.00
37.00
9.50
36.00
8.00
C: Kati Yüzdesi
35.00
6.50
34.00
5.00
33.00
A: Sicaklik
Şekil 2.17. Gaz oluşum hızına katı yüzdesi ve sıcaklığın etkisi
Gaz olusum hizi
11.00
8.74983
C: Kati Yüzdesi
9.50
8.74983
8.00
Prediction 10.1685
9.45915
8.0405
6.50
7.33117
6.62184
5.00
33.00
34.00
35.00
36.00
37.00
A: Sicaklik
Şekil 2.18. Gaz oluşum hızına katı yüzdesinin ve sıcaklığın etkisinin eş yüzey
eğrileri ile gösterimi
78
Sıcaklık en uygun değerinde (37 0C) iken gaz oluşum hızına katı yüzdesi ve pH’ın
etkisinin üç boyutlu grafikle gösterimi Şekil 2.19’da, eş yüzey eğrileri ile gösterimi
Şekil 2.20’de verilmiştir.
Gaz olusum hizi
10.2
8.975
7.75
6.525
5.3
11.00
7.50
9.50
7.25
8.00
C: Kati Yüzdesi
7.00
6.50
6.75
5.00
B: pH
6.50
Şekil 2.19. Gaz oluşum hızına katı yüzdesi ve pH’ın etkisi
Gaz olusum hizi
11.00
6.12893
6.93685
7.74477
C: Kati Yüzdesi
9.50
8.55269
8.00
Prediction 10.1685
9.36061
6.50
5.00
6.50
6.75
7.00
7.25
7.50
B: pH
Şekil 2.20.Gaz oluşum hızına katı yüzdesi ve pH’ın etkisinin eş yüzey eğrileri ile
gösterimi
79
2.13.3. KOİ giderim hızı için elde edilen bulgular
KOİ değerlerindeki azalmalar
24. saatte hesaplanan KOİ değerlerindeki azalmalar Çizelge 2.27’de verilmiştir.
Çizelge 2.27. 24 saat sonundaki KOİ giderimi sonuçları
Deney NO
KOİ(Başlangıç)
KOİ(24.saat)
KOİ giderimi
KOİ giderim hızı (Y2)
(mg KOİ/L )
(mg KOİ/L)
%
(mg KOİ/L.g katı atık.gün)
1
89503,2
63195,4
29,39
330,5
2
108847,4
79703,7
26,77
255,5
3
124132,6
107624,6
13,30
110,8
4
92204,5
61903,5
32,86
380,7
5
48756,3
40604,2
16,72
168,7
6
97026,9
80518,9
17,01
144,7
7
34693,9
27120,6
21,83
267,5
8
44680,3
35794,5
19,89
183,9
9
101102,9
86225,4
14,72
130,4
10
92364,9
64076,3
30,63
355,4
11
70093,3
60329,3
13,93
122,7
12
73715,5
57337,1
22,22
205,8
13
87259,1
67101,1
23,10
253,3
14
75825,7
61904,2
18,36
174,9
15
92399,8
63743,5
31,01
360,0
16
95375,5
66131,6
30,66
367,4
17
100899,1
97842,1
3,03
26,8
18
47615,0
40441,2
15,07
148,5
19
90984,6
61903,2
31,96
365,4
20
57397,6
43424,9
24,34
289,1
80
KOİ giderim hızı (mg KOİ/L g katı atık.gün) için model denkleminin kurulması
KOİ giderim hızı için hesaplanan katsayılar ve istatiksel hesaplamalar Çizelge
2.28’de verilmiştir.
Çizelge 2.28. KOİ giderim hızı için bulunan katsayılar ve istatiksel hesaplamalar
Model parametresi
Hesaplanan katsayılar
p değerleri
Sabit
360,25
X1
19,12
0,0090
X2
-21,12
0,0051
X3
-36,34
0,0001
X1X2
46,06
0,0001
X1X3
37,43
0,0007
X2X3
20,38
0,0248
X12
-53,74
<0,0001
X22
-71,37
<0,0001
X32
-62,57
<0,0001
Çözüm sonucunda KOİ giderim hızı için elde edilen model eşitliği kodlanmış
değerler cinsinden, hiçbir model parametresi ihmal edilmeden, aşağıdaki gibi
bulunmuştur.
Y2 (KOİ giderim hızı, mg KOİ/L g katı atık.gün ) = 360,25 + 19,12*X1 – 21,12*X2 –
36,34*X3 + 46,06*X1X2 + 37,43*X1X3 + 20,38*X2X3 – 53,74*X12 – 71,37*X22 –
62,57 X32
Bu eşitlikte, KOİ giderim hızı; sıcaklık, pH ve katı madde yüzdesine bağlı olarak
bulunmuştur.
Model parametrelerinin p değerlerinin 0,05 değerinden küçük olması bu
parametrelerin etkin olduğunu, bu değerin 0,1 den büyük olması ise bu
81
parametrelerin etkin olmadığını gösterir. Sonuçlara göre bütün değişkenler model
üzerine etkilidir.
X12, X22, X32 değişkenlerinin etkin olması cevap yüzey eğrilerinden de anlaşılacağı
gibi bu değişkenlerin bir maksimum nokta vermeleri demektir.
Bu model denklemine Anova testi uygulanarak elde edilen sonuçların doğruluğu
kontrol edilmiştir (Çizelge 2.29).
Çizelge 2.29. KOİ giderim hızı için model denklemine Anova testi uygulanarak elde
edilen sonuçlar
Kaynak
Serbestlik
Karelerin
Karelerin oranı
derecesi (df)
Toplamı (KT)
(KO=KT/df)
Model
9
2,043E+0,005
22700
Hata
10
4700
470
Toplam
19
2,090+0,005
11000
Model karelerinin toplamının toplam değerin kareleri toplamına oranı regresyon
katsayısını (R2) verir. Buna göre;
R2= 2,043E+0,005 / 2,090E+0,005 = 0,9775
R2 değerinin büyük olması (1’e yakın), modelin sistemi iyi ifade ettiğini gösterir.
Sonuç olarak, KOİ giderim hızları için modelde bulunan R2 değerinin 0,9775 olarak
bulunması, deneysel değerlerin modelden hesaplanan değerlere göre kabul edilebilir
olduğunu gösterir.
82
Deneysel olarak bulunan KOİ giderim hızı değerlerinin modelden belirlenen değerler
ile karşılaştırılması
Şekil 2.21’de 24 saat sonunda deneysel olarak bulunan KOİ giderim hızı değerleri ile
modelden hesaplanan değerlerin karşılaştırılması verilmiştir. Çizelge 2.30’da ise
deneysel sonuçlar, modelden hesaplanan sonuçlar ve % hata oranları verilmiştir.
Şekil 2.21. Deneysel olarak bulunan ve modelden hesaplanan KOİ giderim
hızlarının karşılaştırılması
83
Çizelge 2.30. KOİ giderim hızı için deneysel olarak bulunan ve modelden
hesaplanan değerler ve % hata değerleri
Deney
nNo
Sıcaklık pH
o
( C)
Katı
Deneysel olarak bulunan Y2 Modelden hesaplanan Y2
yüzdesi (mg KOİ/L.g katı atık.gün)
(mg KOİ/L.g katı atık.gün)
Hata
%
(ağ./ağ.)
1
35,00
7,00
8,00
330,5
360,3
2
37,00
7,50
11,00
255,5
238,1
3
35,00
7,00
13,05
110,8
122,2
4
35,00
7,00
8,00
380,7
360,3
5
37,00
7,50
5,00
168,7
195,2
6
33,00
6,50
11,00
144,7
126,5
7
35,00
7,00
2,95
267,5
244,4
8
37,00
6,50
5,00
183,9
186,1
9
37,00
6,50
11,00
130,4
147,5
10
35,00
7,00
8,00
355,4
360,3
11
35,00
7,84
8,00
122,7
122,9
12
35,00
6,16
8,00
205,8
193,9
13
38,36
7,00
8,00
253,3
240,4
14
31,64
7,00
8,00
174,9
176,1
15
35,00
7,00
8,00
360,0
360,3
16
35,00
7,00
8,00
367,4
360,3
17
33,00
7,50
11,00
26,8
32,9
18
33,00
7,50
5,00
148,5
139,7
19
35,00
7,00
8,00
365,4
360,3
20
33,00
6,50
5,00
289,1
314,8
8,99
6,80
10,29
5,37
15,69
12,59
8,63
1,18
13,07
1,36
0,15
5,76
5,07
0,67
0,06
1,95
22,69
5,93
1,40
8,87
KOİ giderim hızı için en uygun koşulların belirlenmesi
Elde edilen model denkleminden KOİ giderim hızını en yüksek yapan sıcaklık, pH
ve katı yüzdesinin en uygun değerleri sırasıyla 34,95
0
C, 6,9, 7,01 olarak
bulunmuştur. Bu değerlerde KOİ giderim hızı 368,17 mg KOİ/L.g katı atık.gün dür.
KOİ giderim hızı için cevap yüzey eğrilerinin çizilmesi
Katı yüzdesi en uygun değeri olan 7,01’de tutularak pH ve sıcaklığın KOİ giderim
hızına etkisini göstermek amacı ile Design Expert istatiksel programı kullanılarak
Şekil 2.22’de çizilmiştir. Bu grafikte x ve y koordinat eksenleri bağımsız değişkenler
84
olan sıcaklık ve pH’ı, z koordinat ekseni ise bağımlı değişken olan KOİ giderim
hızını göstermektedir.
370
KOi Giderimi
315
260
205
150
7.50
37.00
7.25
36.00
7.00
B: pH
35.00
6.75
34.00
6.50 33.00
A: Sicaklik
Şekil 2.22. KOİ giderim hızı üzerine sıcaklık ve pH’ın etkisi
Cevap yüzeyinin daha iyi anlaşılabilmesi için KOİ giderim hızlarının eş yükselti
eğrisi ile gösterimi Şekil 2.23’de verilmiştir.
85
KOi Giderimi
7.50
229.137
263.888
298.639
B: pH
7.25
7.00
Prediction 368.169
6.75
298.639
263.888
333.39
6.50
33.00
34.00
35.00
36.00
37.00
A: Sicaklik
Şekil 2.23. KOİ giderim hızı üzerine sıcaklık ve pH’ın etkisinin eş yüzey eğrileri ile
gösterimi
pH en uygun değer olan 6,90’da sabit tutularak KOİ giderim hızına katı yüzdesi ve
sıcaklığın etkisinin üç boyutlu gösterimi Şekil 2.24’de, eş yüzey eğrileri ile gösterimi
Şekil 2.25’de verilmiştir.
370
KOi Giderimi
315
260
205
150
11.00
37.00
9.50
36.00
8.00
C: Kati Yüzdesi
35.00
6.50
34.00
5.00 33.00
A: Sicaklik
Şekil 2.24. KOİ giderim hızı üzerine sıcaklık ve katı yüzdesinin etkisi
86
11.00
KOi Giderimi
192.676
227.766
262.855
297.945
C: Kati Yüzdesi
9.50
333.035
8.00
Prediction 368.169
6.50
297.945
5.00
33.00
34.00
35.00
36.00
37.00
A: Sicaklik
Şekil 2.25. KOİ giderim hızı üzerine sıcaklık ve katı yüzdesinin etkisinin eş yüzey
eğrileri ile gösterimi
Sıcaklık en uygun değeri olan 34,95 0C’de tutulduğunda KOİ giderim hızına katı
yüzdesi ve pH’ın etkisinin üç boyutlu gösterimi Şekil 2.26’da, eş yüzey eğrileri ile
gösterimi Şekil 2.27’de verilmiştir.
370
KOi Giderimi
322.5
275
227.5
180
11.00
7.50
9.50
7.25
8.00
C: Kati Yüzdesi
7.00
6.50
6.75
5.00 6.50
B: pH
Şekil 2.26. KOİ giderim hızı üzerine pH ve katı yüzdesinin etkisi
87
KOi Giderimi
11.00
217.054
247.272
247.272
277.489
307.707
9.50
C: Kati Yüzdesi
337.925
8.00
Prediction 368.169
6.50
247.272
5.00
6.50
6.75
7.00
7.25
7.50
B: pH
Şekil 2.27. KOİ giderim hızı üzerine pH ve katı yüzdesinin etkisinin eş yüzey
eğrileri ile gösterimi
2.13.4. Asetik asit oluşum hızı için elde edilen bulgular
Oluşan asetik asit miktarları
Her 6. saatte alınan örneklerdeki asetik asit miktarları ölçülmüştür. Çizelge 2.31’de
oluşan asetik asit miktarları, Çizelge 2.32’de asetik asit oluşum hızları verilmiştir.
88
Çizelge 2.31. Alınan örneklerdeki asetik asit miktarları
Deney No
6.saat
12.saat
18.saat
24.saat
(mg asetik asit / L .g katı atık)
1
667,5
763,3
793,3
804,2
2
652,7
760,6
823,0
840,6
3
622,9
705,2
713,3
736,8
4
676,7
722,5
771,7
793,3
5
542,7
714,7
773,3
781,3
6
543,6
636,4
660,0
673,9
7
497,1
598,8
621,4
671,1
8
426,7
616,0
690,7
726,7
9
564,2
677,0
695,8
725,5
10
580,8
690,8
766,7
774,2
11
615,0
750,8
775,8
798,3
12
451,7
558,3
655,0
680,0
13
537,5
707,5
771,7
779,2
14
497,5
647,5
684,2
723,3
15
505,8
665,0
708,3
729,2
16
537,5
675,8
713,3
743,3
17
589,7
651,5
700,0
740,0
18
509,3
614,7
676,0
696,0
19
554,2
690,0
773,3
791,7
20
450,7
600,0
625,3
658,7
89
Çizelge 2.32. Zaman ile alınan örneklerdeki asetik asitlerin oluşum hızları
Deney No
6.saat
12.saat
18.saat
24.saat
mg asetik asit / L. g katı atık. saat
1
111,25
63,61
44,07
33,51
2
108,79
63,38
45,72
35,03
3
103,82
58,76
39,63
30,70
4
112,78
60,21
42,87
33,06
5
90,44
59,56
42,96
32,56
6
90,61
53,03
36,67
28,08
7
82,85
49,90
34,52
27,96
8
71,11
51,33
38,37
30,28
9
94,04
56,41
38,65
30,23
10
96,81
57,57
42,59
32,26
11
102,50
62,57
43,10
33,26
12
75,28
46,53
36,39
28,33
13
89,58
58,96
42,87
32,47
14
82,92
53,96
38,01
30,14
15
84,31
55,42
39,35
30,38
16
89,58
56,32
39,63
30,97
17
98,28
54,29
38,89
30,83
18
84,89
51,22
37,56
29,00
19
92,36
57,50
42,96
32,99
20
75,11
50,00
34,74
27,44
90
24 saat sonundaki asetik asit oluşum hızı için model denkleminin kurulması
Asetik asit oluşum hızı için hesaplanan katsayılar ve istatiksel hesaplamalar Çizelge
2.33’de verilmiştir.
Çizelge 2.33. Asetik asit oluşum hızı için hesaplanan katsayılar ve istatiksel
hesaplamalar
Model parametresi
Hesaplanan katsayılar
p değerleri
Sabit
32,19
X1
1,22
0,0015
X2
1,44
0,0005
X3
0,70
0,0341
X1X2
0,35
0,3719
X1X3
-6,250E-003
0,9869
X2X3
0,46
0,2390
X12
-0,30
0,2991
X22
-0,48
0,1109
X32
-1
0,0046
Modelde yapılan çözüm sonucunda asetik asit oluşum hızı için elde edilen model
eşitliği, hiçbir model parametresi ihmal edilmezsizin kodlanmış değerlere göre
aşağıdaki gibi bulunmuştur.
Y3 (Asetik asit oluşum hızı, mg/L. g katı atık.saat) = +32,19 + 1,22*X1 + 1,44*X2 +
0,70*X3 + 0,35*X1X2 + -6,250E-003*X1X3 + 0,46X2X3 – 0,30X12 – 0,48X22 – 1*X32
Model parametrelerine ait p değerlerinin 0,05’den küçük olması bu parametrelerin
diğer parametrelerden daha etkin olduğunu gösterir. Buna göre asetik asit oluşum
hızında etkin olan parametreler sıcaklık (X1), pH (X2), katı yüzdesi (X3 ve X32) dır.
Parametrelerin p değerlerinin 0,1 den büyük olması bu parametrelerin ihmal
edilebileceğini gösterir. Buna göre ihmal edilebilecek parametreler X1X2 (sıcaklık ve
91
pH’ın ikili etkisi), X1X3 (sıcaklık ve katı yüzdesinin ikili etkisi), X2X3 (pH ve katı
yüzdesinin ikili etkisi), X12 ve X22’dir.
X32 değişkeninin etkin olması asetik asit oluşum hızında katı yüzdesinin bir
maksimum nokta vermesi demektir.
Model denklemine Anova testi uygulanarak elde edilen sonuçların doğruluğu kontrol
edilmiştir. (Çizelge 2.34)
Çizelge 2.34. Asetik asit oluşum hızı için model denklemine Anova testi uygulanarak
elde edilen sonuçlar
Kaynak
Serbestlik
Karelerin
Karelerin oranı
derecesi (df)
Toplamı (KT)
(KO=KT/df)
Model
9
74,97
8,33
Hata
10
10,97
1,097
Toplam
19
85,95
4,5236
R2 değeri model karelerinin toplamının toplam değerin kareleri toplamına bölünmesi
ile aşağıdaki gibi bulunur.
R2 = 74,97 / 85,95 = 0,8723
R2 değeri 0,7 – 1,0 arasında olması modelin doğruluğu hakkında bilgi vermektedir.
Etkinliği az olan parametreler (X1X2, X1X3, X2X3, X12 ve X22 ) ihmal edildiğinde 24.
saat sonundaki asetik asit oluşum hızı için elde edilen model denkliği kodlanmış
değerlere göre aşağıdaki gibidir.
Y3 (Asetik asit oluşum hızı, mg/L. g katı atık.saat) = +31,61+ 1,22*X1 + 1,44*X2 +
0,70*X3 – 0,93*X32
92
Bu denklemin R2 değeri ise 0,7911’dir. Bu sonuç etkin olmayan parametrelerin ihmal
edilmediği denklemin R2 değerinden daha küçüktür.
24 saat sonunda deneysel olarak bulunan asetik asit oluşum hızları ile modelden
belirlenen değerlerin karşılaştırılması
Şekil 2.28’de 24 saat sonundaki asetik asit oluşum hızı için deneysel sonuçlar ile
modelden hesaplanan sonuçların karşılaştırılması verilmiştir. Çizelge 2.35’de ise
deneysel sonuçlar, modelden hesaplanan sonuçlar ve % hata oranları verilmiştir.
Şekil 2.28. Deneysel olarak bulunan ve modelden hesaplanan asetik asit oluşum
hızlarının karşılaştırılması
93
Çizelge 2.35. Asetik asit oluşum hızı için deneysel olarak bulunan ve modelden
hesaplanan değerler ve % hata değerleri
Deney
No
Sıcaklık
pH
o
( C)
Katı
Deneysel olarak
yüzdesi bulunan Y3
Modelden hesaplanan
Hata
Y3
%
(ağ./ağ.) (mg/L.g katı atık.sa) (mg/L.g katı atık.sa)
1
35,00
7,00
8,00
33,51
32,19
2
37,00
7,50
11,00
35,03
34,57
3
35,00
7,00
13,05
30,70
30,53
4
35,00
7,00
8,00
33,06
32,19
5
37,00
7,50
5,00
32,56
32,26
6
33,00
6,50
11,00
28,08
28,33
7
35,00
7,00
2,95
27,96
28,19
8
37,00
6,50
5,00
30,28
29,62
9
37,00
6,50
11,00
30,23
30,07
10
35,00
7,00
8,00
32,26
32,19
11
35,00
7,84
8,00
33,26
33,25
12
35,00
6,16
8,00
28,33
28,40
13
38,36
7,00
8,00
32,47
33,39
14
31,64
7,00
8,00
30,14
29,29
15
35,00
7,00
8,00
30,38
32,19
16
35,00
7,00
8,00
30,97
32,19
17
33,00
7,50
11,00
30,83
31,45
18
33,00
7,50
5,00
29,00
29,12
19
35,00
7,00
8,00
32,99
32,19
20
33,00
6,50
5,00
27,44
27,85
3,94
1,31
0,55
2,63
0,92
0,89
0,82
2,18
0,53
0,22
0,03
0,25
2,83
2,82
5,96
3,94
2,01
0,41
2,42
1,49
24 saat sonundaki asetik asit oluşum hızı için en uygun koşulların belirlenmesi
Elde edilen model denkleminden asetik asit oluşum hızı değerini en yüksek yapan
sıcaklık, pH ve katı yüzdesinin en uygun değerleri sırasıyla 37,00 0C, 7,5, 9,73 olarak
bulunmuştur. Bu değerlerde asetik asit oluşum hızı 34,75 mg / L .g katı atık.saat’tir.
94
24 saat sonundaki asetik asit oluşum hızı için cevap yüzey eğrilerinin çizilmesi
Katı yüzdesi en uygun değeri olan 9,73’de tutularak pH ve sıcaklığın asetik asit
oluşum hızına etkisini göstermek amacı ile Design Expert istatiksel programı
kullanılarak Şekil 2.29 çizilmiştir. Bu grafikte x ve y koordinat eksenleri bağımsız
değişkenler olan sıcaklık ve pH’ı, z koordinat ekseni ise bağımlı değişken olan asetik
asit oluşum hızını göstermektedir.
Asetik Asit olusum hizi
34.8
33.3
31.8
30.3
28.8
7.50
37.00
7.25
36.00
7.00
B: pH
35.00
6.75
34.00
6.50 33.00
A: Sicaklik
Şekil 2.29. Asetik asit oluşum hızı üzerine pH ve sıcaklığın etkisi
Asetik asit oluşum hızına pH ve sıcaklığın etkisi ayrıca eş yüzey eğrileri ile gösterimi
Şekil 2.30’da verilmiştir.
95
Prediction 34.7483
Asetik Asit olusum hizi
7.50
33.7734
7.25
B: pH
32.7984
7.00
31.8235
6.75
30.8485
29.8735
6.50
33.00
34.00
35.00
36.00
37.00
A: Sicaklik
Şekil 2.30. Asetik asit oluşum hızı üzerine pH ve sıcaklığın etkisinin eş yüzey
eğrileri ile gösterimi
Sıcaklık arttıkça asetik asit miktarının artması beklenen bir sonuçtur. Çünkü
mezofilik ortama alışan bakteriler süre ve sıcaklık arttığında termofilik ortama
alışırlar. Fakat termofilik ortamın sıcaklığının sağlanması da ek maliyet
gerektireceğinden ekonomik olarak uygun değildir.
Grafiklerden de anlaşılacağı gibi pH değeri 8’i geçince asetik asit oluşum hızında
düşme olması, dolayısıyla pH’ın bir maksimum nokta vermesi beklenir. Bu noktayı
görebilmek için seçilen pH değişkeninin aralığı genişletilebilir.
pH değeri en uygun değeri olan 7,5’de tutulduğunda katı yüzdesinin ve sıcaklığın
etkisinin üç boyutlu gösterimi Şekil 2.31’de, eş yüzey eğrileri ile gösterimi Şekil
2.32’de verilmiştir.
96
Asetik Asit olusum hizi
35.1
33.575
32.05
30.525
29
11.00
37.00
9.50
36.00
8.00
35.00
C: Kati Yüzdesi
6.50
34.00
5.00 33.00
A: Sicaklik
Şekil 2.31. Asetik asit oluşum hızı üzerine katı yüzdesi ve sıcaklığın etkisi
Asetik Asit olusum hizi
11.00
Prediction 34.7483
C: Kati Yüzdesi
9.50
33.8093
8.00
32.8707
31.9322
6.50
30.9937
30.0552
5.00
33.00
34.00
35.00
36.00
37.00
A: Sicaklik
Şekil 2.32. Asetik asit oluşum hızı üzerine katı yüzdesinin ve sıcaklığın etkisinin eş
yüzey eğrileri ile gösterimi
Grafiklerden de anlaşılacağı gibi katı yüzdesi % 9,73’de asetik asit oluşum hızı için
maksimum nokta vermektedir. Sıcaklık en uygun değeri olan 37 0C’de tutulduğunda
97
asetik asit oluşum hızına katı yüzdesi ve pH’ın etkisinin üç boyutlu gösterimi Şekil
2.33’de, eş yüzey eğrileri ile gösterimi Şekil 2.34’de verilmiştir.
Asetik Asit olusum hizi
35.1
33.725
32.35
30.975
29.6
11.00
7.50
9.50
7.25
8.00
C: Kati Yüzdesi
7.00
6.50
6.75
B: pH
5.00 6.50
Şekil 2.33. Asetik asit oluşum hızına katı yüzdesi ve pH’ın etkisi
Asetik Asit olusum hizi
11.00
Prediction 34.7483
C: Kati Yüzdesi
9.50
33.8924
8.00
33.037
31.3262
32.1816
6.50
30.4708
5.00
6.50
6.75
7.00
7.25
7.50
B: pH
Şekil 2.34.Asetik asit oluşum hızına katı yüzdesi ve pH’ın etkisinin eş yüzey eğrileri
ile gösterimi
98
Çizelge 2.36’da gaz oluşum hızı, KOİ giderim hızı ve asetik asit oluşum hızı için
belirlenen en uygun koşullar verilmiştir.
Çizelge 2.36. Gaz oluşum hızı, KOİ giderim hızı ve asetik asit oluşum hızı için
belirlenen en uygun koşullar
Bağımlı değişkenler
Sıcaklık (oC)
pH
Katı Yüzdesi
(ağ./ağ.)
Gaz oluşum hızı (Y1)
37
6,5
7,54
35
6,9
7,01
37
7,5
9,73
(10,17 mL/g katı atık.gün)
KOİ giderim hızı (Y2)
(368,17 mg KOİ/L.g katı atık.gün)
Asetik asit oluşum hızı (Y3)
(34,75 mg/L.g katı atık.saat)
99
3. SONUÇLAR VE ÖNERİLER
Bu çalışmada kesikli sistemde tavuk gübresinin anaerobik arıtımı ve biyogaz üretimi
için en uygun koşulların bulunması amaçlanmıştır. Bunun için anaerobik arıtım ve
biyogaz üretimine etki eden sıcaklık (0C) (X1), pH (X2) ve katı yüzdesi
(ağırlık/ağırlık) (X3) bağımsız değişkenler olarak seçilmiştir. Bu bağımsız
değişkenlerin gaz oluşum hızına (Y1), KOİ giderim hızına (Y2) ve asetik asit oluşum
hızına (Y3) etkisi incelenmiştir.
Box-Wilson deneysel tasarım yöntemine göre deneyler tasarlanmış sonuçlar Design
Expert istatiksel paket programına göre analiz edilmiştir. Analizlere göre aşağıdaki
model denklikleri ve sonuçlar elde edilmiştir.
Y1 (Gaz oluşum hızı, mL/g katı atık.gün) = 7,31 + 1,12*X1 - 1,19*X2 - 0,89*X1X3 0,77*X2X3 + 0,69*X12 - 1,15*X32
R2 = 0,8704
En yüksek gaz oluşum hızı (10,17 mL/g katı atık.gün), 37 0C sıcaklıkta, 6,5 pH
değerinde, 7,54 katı yüzdesinde (ağ./ağ.) bulunmuştur.
Y2 (KOİ giderim hızı, mg KOİ/L.g katı atık.gün) = 360,25 + 19,12*X1 - 21,12*X2 36,34*X3 + 46,06*X1X2 + 37,43*X1X3 + 20,38*X2X3 - 53,74*X12 - 71,37*X22 62,57 X32
R2 = 0,9775
En yüksek KOİ giderim hızı (368,17 mg KOİ/L.g katı atık.gün), 35,0 0C sıcaklıkta,
6,9 pH değerinde, 7,01 katı yüzdesinde (ağ./ağ.) bulunmuştur.
Y3 (Asetik asit oluşum hızı, mg/L.g katı atık.saat ) = 31,61+ 1,22*X1 + 1,44*X2 +
0,70*X3 - 0,93*X32
R2 = 0,7911
100
En yüksek asetik asit oluşum hızı (34,75 mg/L.g katı atık.saat) 37 0C sıcaklıkta, 7,5
pH değerinde, 9,73 katı yüzdesinde (ağ./ağ.) bulunmuştur.
İlk 24 saatte metan üretimi çok azdır. Bu yüzden bu çalışmada metan üretimi
öncesinde gerçekleşen hidroliz, asit oluşumu ve asetik asit oluşumu basamakları
gerçekleştirilmiş ve incelenmiştir.
Asetik asit metan bakterileri tarafından besin olarak kullanıldığından asetik asit
miktarı oluşacak metan gazı hakkında bilgi vermektedir.
Bu çalışmada asetik asit oluşum hızı için elde edilen en uygun koşullar iki kademeli
bir anaerobik arıtım sisteminin ilk kademesinde uygulanabilir. Buradan çıkan atık
metan bakterileri için uygun koşulların sağlandığı ikinci bir kademeye verilebilir ve
ikinci kademenin tasarımı da ilk kademe sonuçlarına göre belirlenmelidir. Birinci
kademede asetik asit üretim hızını en yüksek veren koşullarda çalışılması ikinci
kademedeki metan üretiminin gereksinimi asetik asit olduğu için daha uygun
olacaktır.
101
KAYNAKLAR
1. Öztürk, İ., “Anaerobik Biyoteknoloji ve Atık Arıtımındaki Uygulamaları”,
Birsen Yayınevi, Eyüp, 1-25, 35-38 (1999).
2. Chakravarthi, J., “Biogas and energy production from cattle waste”, Energy
Conversion Engineering Conference, 1997. IECEC-97. Proceedings of the
32nd Intersociety, USA, 648-651 (1997).
3. Chynoweth, P.D., “Overview”, Anaerobic Digestion of Biomass, Elsevier
Applied Science Publishers Ltd, England, 1-14 (1987).
4. Öktem Y.A., Sivri N., “İki fazlı anaerobik arıtmada işletme parametreleri ve
sistem uygulamaları”, II. Mühendislik Bilimleri Genç Araştırmacılar Kongresi,
İstanbul, 519-525 (2005).
5. İnternet: Tarım ve Köy İşleri Bakanlığı Köy Hizmetleri Genel Müdürlüğü
“Biyogaz Nedir?”
http://www.khgm.gov.tr/kutuphane/BIYOGAZ/BIGAZ.HTM (2007).
6. İnternet: Elektrik İşleri Etüd İdaresi Genel Müdürlüğü “Biyogaz Üretiminde
Kullanılan Organik Atık/Artık Hammaddeler”
http://www.eie.gov.tr/biyogaz/artik.html(2007).
7. Ergün A., Çoldan İ., “Yemler yem hijyeni ve teknolojisi”, Ankara Üniversitesi
Yayınları, 204-207 (2004).
8. Türoğlu M., Arda M., Yetişir R., Sarıca M., Atlan A., Erensayın C.,
“Tavukçuluktaki gelişmeler ve Türkiye tavukçuluğu”, Ankara Üniversitesi
Yayınları, Ankara, 138-151 (2004).
9. İnternet: University of Minnesota " A Review of Poultry Manure Management:
Directions for the Future”
http://www.ansci.umn.edu/poultry/resources/manure.htm(2007).
10. Demirer, G., Duran M., Ergüder, T., Güven, E., Uğurlu, Ö., Tezer, U.,
“Anaerobic treatability and biogas production potential studies of different agroindustrial wastewaters in Turkey”, Biodegradation, 11: 401-405 (2001).
11. Karataş, A., “Tavuk gübresinin anaerobik parçalanması için uygun koşulların
belirlenmesi”, Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü,
Ankara, 14-15, 19-20 (2006).
12. Mutlu, S. F., “Biyogazın kırsal kesimde kullanımı ve tasarım temelleri”, Türk
Tesisat Mühendisleri Derneği Dergisi, 27: 39-41 (2003).
102
13. Leitao, R.C., Haandel, A.C., Zeeman, G., Lettinga, G., “The effects of
operational and environmental variations on anaerobic wastewater treatment
systems: A review”, Biosource Technology, 97: 1105-1118 (2006).
14. Karim, K., Hoffmann, R., Klasson, T.K., Al-Dahhan, M.H., “Anaerobic digestion
of animal waste: Effect of mode of mixing”, Water Research, 39: 3597-3606
(2005).
15. Hammad, M., Badarneh, D., Tahboub, K., “Evaulating variable organic waste to
produce methane”, Energy Conversion & Management, 40: 1463-1475 (1999).
16. İnternet: Gaziantep Üniversitesi “Dünya’da Biyogaz Uygulamaları”
http://www1.gantep.edu.tr/~dalgic/biogas.htm(2007).
17. Tüzüm, P., “Yemek atıklarının anaerobik arıtımı ve biyogaz üretimi”, Yüksek
Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, 26-28 (2003).
18. Türker, M., “Anaerobik biyoteknoloji : Türkiye ve dünyadaki eğilimler”, 2.
Ulusal Çevre Kirliliği Kontrolü Sempozyumu, ODTÜ, Ankara, 228-236 (2003).
19. Çelik,
D.,
“Çift
fazlı
sistemde
2-feniletanolün
fenilasetaldehite
biyotransformasyonu”, Yüksek Lisans Tezi, Ankara Üniversitesi Fen Bilimleri
Enstitüsü, Ankara, 35-42 (2001).
20. Öztürk, E., “Peyniraltı suyunun anaerobik arıtma çamuru reaktöründe arıtımında
en uygun koşulların belirlenmesi”, Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi Fen
Bilimleri Enstitüsü, Ankara, 53-60, 76-79 (2007).
21. Angelidaki, I., Boe, K., Ellegaard, L., “Effect of operating conditions and reactor
configuration on efficiency of full-scale biogas plants”, Water Science and
Technology, 52: 189-194 (2005).
22. Mahanta, P., Saha, U.K., Dewan, A., Kalita, P., “The influence of temperature
and total solid concentration on the gas production rate of a biogas digester”,
Journal of Energy in Southern Africa, 15: 112-117 (2004).
23. Sadaka, S., Engler, C. R.,” Anaerobic composting of swine, poultry and beef
manure with biogas recovery”, 2000 ASAE Annual International Meeting,
Technical Papers: Engineering Solutions for a New Century, 2: 5035-5049
(2000).
24. He, S., Wang, J., Zhao, X., “Effect of ammonium concentration on the
methanogenic activity of anaerobic granular sludge”, Qinghua Daxue
Xuebao/Journal of Tsinghua University, 45: 1294-1296 (2005).
25. Demirel, B., Yenigün, O., “Changes in microbial ecology in an anaerobic
reactor”, Bioresource Techonology, 97: 1201-1208 (2006).
103
26. Ueno, Y., Sasaki, D., Fukui, H., Haruta, S., Ishii, M., Igarashi, Y., “Changes in
bacterial community during fermentative hydrogen and acid production from
organic waste bythermophilic anaerobic microflora”, Journal of Applied
Microbiology, 101: 331-343 (2006).
27. Anozie, A.N., Layokun, S.K., Okeke, C.U., “An evaluation of a batch pilot- scale
digester for gas production from agricultural wastes”, Energy Sources, 27: 13011311 (2005).
28. Anjan, K.K., Shiv, P.S., “Effect of mixing digested slurry on the rate of biogas
production from dairy manure in batch fermenter”, Energy Sources, 23: 711-715
(2001).
29. Kalyuzhnyi, S., Fedorovich, V., Nozhevnikova, A., “Anaerobik treatment of
liquid fraction of hen manure in UASB reactors”, Bioresource Technology, 65:
221-225 (1998).
30. Bujoczek, G., Oleszkiwicz, J., Sparling, R., Cenkowski, S., “High solid anaerobic
digestion of chicken manure”, J.Agricultural Engineering Resources,76: 51-60
(2000).
31. Callaghan, F.J., Wase, D.A.J., Thayanithy, K., Forster, C.F., “Continuous codigestion of cattle slurry with fruit and vegetable wastes and chicken manure”,
Biomass and Bioenergy, 27: 71-77 (2002).
32. Karim, K., Hoffmann, R., Klasson, T., Al-Dahhan, M.H., “Anaerobic digestion
of animal waste: Waste strength versus impact of mixing”, Biosource
Technology, 96: 1771-1781 (2005).
33. APHA, “Standart Methods for the Examination of Water and Wastewater”,
American Public Health Association, 20th Edition,Washington D.C., 2.54-2.59,
5.13 (1998).
34. Leschber, R., Loll, U., “ATV-Handbuch-Klearschlamm 4th ed.”, Ernst & Sohn,
Berlin, 98 (1996).
35. Stier, E., Baumgart, H., Fischer, M., “Handbuch für ver-und Entsorger 5th ed.”,
F. Hirthammer Verlag, München, 331 (1994).
104
EKLER
105
EK-1 KOİ kalibrasyon eğrisi için yapılan ölçümler
Çizelge 1.1.Potasyum hidrojen ftalat çözeltileri derişimleri ve KOİ değerleri
Hazırlanan
çözelti
derişimleri (mg / l)
85.03
170.1
255.1
340.1
425.2
510.2
595.2
680.3
765.3
850.34
Karşılık gelen KOİ
değerleri (mg / l)
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
KOİ Kalibrasyon Eğrisi
y = 2217,4x - 4,3429
R2 = 0,9993
1200
KOİ (mg/l)
1000
800
600
400
200
0
0,000
0,100
0,200
0,300
Absorbans
Şekil1.1. KOİ kalibrasyon eğrisi
0,400
0,500
Okunan
değerleri
0.041
0.093
0.138
0.188
0.229
0.273
0.317
0.363
0.411
0.447
absorbans
106
ÖZGEÇMİŞ
Kişisel Bilgiler
Soyadı, adı
: EKİNCİ, Mustafa Serhat
Uyruğu
: T.C.
Doğum tarihi ve yeri
: 13.03.1981 Polatlı
Medeni hali
: Bekar
Telefon
: 0 (312) 245 05 39
Faks
: 0 (312) 230 84 34
e-mail
: [email protected]
Eğitim
Derece
Eğitim birimi
Mezuniyet tarihi
Lisans
Gazi Üniversitesi/ Kimya Müh. Bölümü
2004
Lise
Mehmetçik Lisesi
1999
İş Deneyimi
Yıl
Yer
2005-
Gazi Üniversitesi
Yabancı Dil
İngilizce
Hobiler
Masa tenisi, yüzme
Görev
Araştırma Görevlisi

Benzer belgeler