bi̇o gaz Üreti̇mi̇

www.kimyamuhendisi.com

ZET

Bu proje kapsamnda biyogaz retim mikrobiyolojisi, retimde kullanlan rektrler

ve sreleri etkileyen faktrler ayrntl olarak aratrlm, daha sonra bykba hayvan

gbresinden biyogaz eldesi incelenip son ksmda da literatr aratrmas yaplp, konu

ile ilgili yaplan deney artlar ve sonular gz nnde bulundurularak ; byk ba

hayvan gbresinden biyogaz retimi iin gerekli olan artlar seilmitir.


SUMMARY

In this project mikrobiology of biogas, used reactors for production , effective

factors of process are searched. Then production of biogas from cattle manure is

investigated. In the last part by keeping in mind the previous experiments

conditions and results , necessary conditions selected for anaerobic digestion of

cattle manure.


TEEKKR

Bu projenin bandan beri sre gelen tm aamalarnda yardm ve desteklerinden

dolay danmanm Yrd.Do.Dr. S.Ferda Mutlu ya ve yine desteklerinden dolay Ar.

Gr. Nurgl Yiite en iten duygularmla teekkr bir bor bilirim. Her zaman yanmda

olan ve beni destekleyen aileme de sonsuz kranlarm sunarm.


1. GR

lkemizde hayvansal ve bitkisel atklar, ounlukla ya dorudan doruya

yaklmakta ya da tarm topraklarna gbre olarak verilmektedir. Ancak atklarn

yaklarak s retiminde kullanlmas daha yaygn olarak grlmektedir. Bu ekilde

istenilen zellikte s retilemedii gibi, s retiminden sonra atklarn gbre olarak

kullanlmas da mmkn olmamaktadr. Ancak lkemizde daha yeni yeni

kullanlmaya balanan biyogaz teknolojisi ise organik kkenli atklardan hem enerji

eldesine hem de atklarn topraa kazandrlmasna imkan vermektedir. Bunun

yansra biyogaz teknolojisi ile mandralarn gnlk atklar ( peyniralt suyu , st

artklar) ve evsel atklar da deerlendirilip s elde edilebilmektedir.

Biyogaz, hayvansal ve bitkisel atklarn oksijensiz ortamda ayrmas sonucu

ortaya kan bir gaz karmdr. Bileiminde % 60-70 metan (CH4), % 30-40

karbondioksit (CO2), % 0-2 hidrojen slfr (H2S) ile ok az miktarda azot (N2) ve

hidrojen (H2) bulunmaktadr. Atklarn anaerobik artm sonunda elde edilen biyogaz

dier enerji trlerine gre temiz ve s deeri yksek bir enerji kaynadr ve

retiminden sonra atklar yok olmamakta stelik ok daha deerli bir gbre haline

dnmektedir

Yaplan bu projede ayrntl bir biimde biyogaz retim mikrobiyolojisi ,

retiminde kullanlan reaktrler , biyogaz oluumunda etkili faktrler ve byk ba

hayvan gbresinden biyogaz retim teknikleri aratrlmtr. Daha sonra kaynak


taramas yaplp, yaplan deney artlar ve sonular incelenerek ; byk ba hayvan

gbresinin en uygun ve en verimli artlarda artmndan biyogaz eldesinin nasl

yaplmas gerektiine karar verilmitir.


2. BYOGAZIN RETM MKROBYOLOJS

eitli organik maddelerin metan ve karbondiokside dnm kark mikrobiyolojik

flora tarafndan gerekletirilmektedir.Bu dnm anaerobik yani oksiyensiz ortamda

gerekleir

2.1 Anaerobik Artmn Tarihesi

Geen son 20 yl ierisinde birok endstriyel organik atklar ve gda atklarnn

artlmas iin en etkili yntem anaerobik yntem olmutur. Anaerobik ilem oksijensiz

ortamda mikroorganizmalarn organik atklar biyogaza dntrd ortamda

kendiliinden oluan bir prosesdir. Ilk anaerobik prosesin 1776 da Count Alessandro

Volta tarafndan tanmlanmas ile beraber en eski anaerobik biyolojik ilem 1860 da ev

atklarna uygulanmtr

2.2 Anaerobik artmn lkeleri

Anaerobik paralanma oksijensiz ortamda fakltatif bakterilerin ve

mikroorgamizmalarn organik maddeleri paralamasna dayanan biyoojik karmak bir

prosestir. Bu organik maddeler mikroplar iin yiyecek kayna olmakla birlikte yine ayn

mikroplar tarafndan oksitlenmi maddelere, yeni hcrelere , yaamlar iin enerjiye ve

metan karbondioksit gibi rn gazlarna dntrlrler .(Reynolds and Richardson

1996) Bu oksijensiz bozunma sonucunda metan gaz aamal bir ilem sonucunda

oluur.Oksijensiz bozunmann (anaerobik fermantasyon) bu aamal mikrobiyolojisi

aadaki gibi sralanr.


ekil 2.1 Anaerobik lemin Basamaklar (2005 M.ztrk)

2.2.1 Fermantasyon ve Hidroliz Bu aamada fermantatif ve hydrolytic bakteriler olarak isimlendirilen bakteri

gruplar organik maddenin temel gesi olan karbon hidratlar (C6H10O5)n,

proteinleri (6C 2NH3 3H2O) ve yalar (C50H90O6) paralayarak CO2, asetik asit ve

byk bir ksmn da zlebilir uucu organik maddelere dntrrler. Bu son

gruptaki uucu organik maddelerin byk bir blmnn uucu ya asitleri olmas

nedeniyle, bu aamaya uucu ya asitlerinin [CH3 (CH2) n COOH] oluum aamas

ad da verilir


2.2.2 Asetik Asitin Oluumu

Bu aamada, birinci aama sonucunda aa kan ve uucu ya asitlerini asetik asite

dntren asetogenik (asit oluturan) bakteri gruplar devreye girmekte ve bir ksm

asetogenik bakteriler uucu ya asitlerini asetik asit ve hidrojene dntrmektedir.

CH3(CH2)nCOOH + H2O => 2CH3COOH + 2H2

Dier bir ksm asetogenik bakteri grubu ise aa kan karbondioksit ve hidrojeni

kullanarak asetik asit oluturmaktadr. Ancak bu ikinci yolla oluan asetik asit miktar,

birinciye oranla daha azdr.

2CO2 + 4H2 => CH3 COOH + 2H2O

2.2.3 Metan Gaznn Oluumu

Anaerobik fermantasyonun bu son aamasnda metan oluturan bakteri gruplar

devreye girmekte, ve bir ksm metan oluturan bakteriler CO2ve H2 'yi kullanarak metan

(CH4) ve suyu (H2O) aa karrlarken, teki bir grup metan oluturan bakteriler ise

ikinci aama sonucunda aa kan asetik asidi kullanarak CH4 ve CO2

oluturmaktadrlar.

CO2 + 4H2 => CH4 + 2H2O

CH3 COOH => CH4 + CO2

Ancak bu aamada birinci yolla oluan metan miktar, ikinci yolla elde edilen metan

miktarndan daha azdr. retilen tm metann %30'u birinci yolla %70'i ikinci yolla


yaplmaktadr.

Bu aamada deiik bakteri grubu etkinlik gstermektedir. Anaerobik

fermantasyonda bekletme sresine, atk su ve atk organik maddelerin trne, ortamn PH

ile ierdikleri iyonlara ve bunlara baml olarak oluan mikroorganizmalar topluluunun

yapsna gre deiik scaklk blgesi mevcuttur. Anaerobik fermantasyonun nc

aamasnda devreye giren ve metan oluumunu salayan metan bakterileri, fermantasyon

ortamnn scaklna gre gruba ayrlr. (http://www.eie.gov.tr/biyogaz/mikrobiyoloji.html)

Bunlar;

1- Psychrophilic (Sakrofilik) Bakteriler Optimum faaliyet scakl : -8 -25 C

2- Mezophilic (Mezofilik) Bakteriler Optimum faaliyet scakl : 25-38 C

3- Thermophilic (Termofilik) Bakteriler Optimum faaliyet scakl : 50-60 C

Sakrofilik (souk seven) Bakteriler :

Sakrofilik bakteriler deniz ve gl diplerindeki tortullar ile bataklklarda

yaamaktadrlar. reme slar 25 C altndadr. Denizde yaayan bakterilerden bazlar -

8C ile +10 C arasnda reyebilirler. Souk seven bakteriler buzdolabnda saklanan

besinleri bozulmasnda nemli olan bakterilerdir. Akromobakter, alkaligenez,

psdomonas ve streptokoklar bu tr bozulmaya yol aan bakterilerdir.

Termofilik (lk seven ) Bakteriler : zellikle insan ve scak kanl hayvanlarda hastalk yapan bakteriler bu gruba

dahildirler en iyi redikleri s 25-38C dir. Bu derecelerin alt ve stnde reyemezler,

stafilokokus orus (Staphylococcus aureus) gibi.


Termofilik ( scak seven ) Bakteriler :

Termofilik bakteriler ise yksek scaklklardaki volkanik ve jeotermal bataklklar

ierisinde scak su kaynaklar ve kaplcalarda bulunurlar, 50-60 C arasnda iyi rerler.

Konserve ve pastrize besinleri bozulmasnda etkin rolleri vardr .Laktobasillus

termofilus( lactobacillus thermophilus) bunlardan biridir.

Bu bakteri gurubu ile yaplan fermantasyonda, sakrofilik, mezofilik ve termofilik

fermantasyon ile ayn ad almaktadr. Bu bakteri gruplarndan 1. ve 3. grupta yer alan

sakrofilik ve termofilik bakteriler sr gbresi ierisinde yaamamaktadr. Sr

gbresinde mezofilik bakteriler bulunmaktadr. Biyogaz tesisinde sr gbresi

kullanlmas durumunda mezofilik fermantasyon uygulanr.


3. ANAEROBK PROSESDE ETKL OLAN FAKTRLER

3.1. Scaklk

Scakln biyolojik sistem zerinde byk etkileri vardr. Metabolik hzda , iyonizasyon

denkliklerinde , substratlarn znrlnde scaklk nemli bir parametredir. Yukarda

da anlatld gibi tm mikroorganizmalarn etkili olduu scaklk aralklar vardr ve

proseslerde bunlara dikkat edilmelidir. Anaerobik parcalanma scakln bir

fonksiyonudur. yle ki optimum scakla ulancaya kadar scaklk arttka paralanma

da artmaktadr. Scaklk optimumu atnda reaksiyon hz ile beraber metabolik aktivite

de der.

3.2 pH

Metan oluturucu bakteriler ntr veya hafif alkali ortamda yaarlar. Fermantasyon

ilemi anaerobik artlarda kararl olarak devam ederken ortamn pH, normal olarak 7-7.5

arasnda deiir. Karbon dioksit-bikarbonat (CO2-HCO3-) ve amonyak- amonyum (NH3-

NH4+) in tamponlama etkisinden dolay pH seviyesi nadiren deiir. Bio karbonatlar

pHn derek metanojenik mikroorganizmalar zerine ters etki yapmasn nler. nk

bi karbonatlar rme esnasnda oluan uucu ya asitlerinin serbest ya asitleri halinde

deil de bal halde tutulaca iin pH drme etkisini nler.

Eer bio reaktrn pH 6.7nin altna derse, bu durum metan oluturucu

bakteriler zerinde toksit etki yapar. Anaerobik artma iin ideal pH aral 6.8-7.8 dir.

pH 6.5 altna dt zaman gaz retimi tamamen der. pH dtnde bu durumdan

metan oluturucu bakteriler olumsuz etkilenir. Dolaysyla ortamda asit oluturucu bakteri

konsantrasyonunda artma olur. Reaktrde ya asidi konsantrasyonu belli deerin zerine


ktnda metan oluumu tamamen durur. Bu durum zellikler ar organik ykleme ve

scakln ok olarak dmesinden dolay meydana gelir.

Bio reaktrlerde pH dt zaman iki yaklam uygulanr. Birinci yaklamda

organik madde beslemesi kesilmelidir. Bylece ortamda metanojenik

mikroorganizmalarn konsantrasyonu artrlarak ya asidi konsantrasyonu azaltlabilir.

pH kabul edilebilir seviyeye ykseldikten sonra (pH=6.8 gibi) amur beslenmesine tekrar

devam edilir. kinci yaklam pHi ykseltmek ve tamponlama kapasitesini artrmak iin

ortama kimyasal maddeler ilave edilir. Kimyasal madde ilave etmenin en nemli avantaj

pH derhal kararl hale gelebilir. Dengesiz populasyonlar hzl ekilde kendisini

dzeltmeye alrlar. Kimyasal madde olarak snm kire (kalsiyum hidroksit) ve soda

(sodyum bi karbonat) zeltileri ilave edilebilir. Her iki madde de Trkiyede bol olarak

bulunmaktadr. Sodyum bi karbonat biraz pahaldr. Fakat kalsiyum karbonat gibi ilave

bir kat madde oluturmaz.

Metan gaz retiminde ve tm anaerobik paralanma proseslerinde pH nemli bir

parametredir. Yaplan aratrmalar mikroorganizmalarn en etkin olduu ph aralnn 6,8

8,2 olduunu gstermitir. Optimum Ph ise 7,0 olarak belirlenmitir. Ph 8,2 nin stne

ktnda veya 6,5 altna indiinde etkili bakteriler lr ve sistemde toksik artlar

olumaya balar. Bu durum da tm metabolik aktiviteyi etkiler ve dolays ile metan

retimi durur.

3.3 Organik Madde Ykleme Hz

Organik ykleme hz, birim hacim(m3) bio reaktrlere gnlk olarak beslenen

organik madde miktar (KOI veya uucu kat maddelerin (VS) olarak ifade edilir) olarak

tarif edilir. Hayvan gbresi iindeki organik madde muhtevas,


100*)(

)()(

=

gMaddeToplamKatgKlnAglgMaddeToplamKatdeMuhtevasOrganikMad

eklinde bulunur.

Anaerobik artmada bakteriler organik ykleme hzna kar olduka hassastrlar.

Anaerobik artma iin organik artma hz (kg/m3/gn),

11... C

HBSHBSKonsucuMadGbredekiU

SvHacmKonsUucuMaddeGnlkDebiOYH

==

=

denklemiyle ifade edilir.

Burada C1 : Uucu Madde Konsantrasyonudur.

Anaerobik artma esnasnda mmknse optimum organik ykleme hz korunmaldr.

Organik ykleme hz yksek olduunda bio reaktr iinde asit birikmesi olur ve pH

der. pHn dmesi metanojenik bakterilerin faaliyetlerini olumsuz ynde etkiler. Bu da

gaz retim hzn drr. Hatta durdurur. Benzer ekilde organik besleme hz dt

zaman gaz retim hz der.

Almanyada yeni kurulan byk bio reaktrlerde OYH, 1 kgUM/m3.gn in altndadr.

HBS ise yaklak olarak 50 gnden byktr.

Danimarkadaki bioreaktrler iin 12-35 gnlk HBS iin OYH 1.7-8 kgUM/m3 dr. (Mustafa ztrk)


Bir srece organik madde ykleme hz biyomas deriimine , reaktr hacmine , HRT

ve organik madde konsantrasyonuna baldr. Anaerobik sistemlerde bu hz aerobik

sistemlere gre daha yksektir.

3.4 Hidrolik Bekletme Sresi

Hidrolik bekleme sresi (HBS), gbre iindeki organik maddelerin bakteriler

tarafndan rtlmesi sonucu biogaz retmesi iin gerekli olan sre olarak tarif edilir.

Bunu bir denklemle ifade edecek olursak,

)/(

Re3

3

gnmm

GnlkDebiaktrHacmiHBS ==

eklinde gsterebiliriz. Reaktr iindeki baz organik maddeler tam olarak biokimyasal

reaksiyona girdiinde zamanla gaz retimi azalmaya balar. Seilen hidrolik bekleme

sresi iinde besi maddelerinin %70-80 orannda biokimyasal reaksiyona girerek bertaraf

olduu kabul edilir. Biogaz tesislerinde iletme scaklna bal olarak hidrolik bekleme

sresi(HBS) 20 ile 120 gn arasnda deiir. Tropikal blgelerde H.B.S. 40-50 gndr.

inin souk blgelerinde bu sre takriben 100 gndr.

Yksek su konsantrasyonu ieren besleme verildiinde az su ieren beslemeye gre

daha dk HBS kar.

Beslemede dk konsantrasyonda kat kullanldnda veya yksek ykleme hznda

HBSdrlr ve bakterilerin sistemden ykanarak kma durumunda art grlr.

Katlarn ve mikroorganizmalarla ilgili baz kriterler dikkate alnmadnda ; dnm

veriminde azalma yani dk metan gaz verimi elde edilir ve paralanmada

kararszlklarda art grlr.


Yava byyen metanojenik bakteriler sisteme verildiinde bu bakterilerin sistemden

ykanarak kmalar daha hzl olacaktr. Asit oluturan bakteriler sisteeme verildiinde

sistemde mikrobiyolojik dengesizlikler, yksek miktarda ucucu asitler ve kararszlklar

olumaktadr.

Reaktrlerde kat ve mikroorganizmalarn bekleme sreleri nem tar ancak HBS

paralanma ilemini tanmlamak iin o kadar da nemli bir parametre deildir.

Byk lekli biyomas paralanmalarnda kritik problem ; belirli zaman aralklarnda

paralanmaya eklenen reaktif beslemenin miktardr, gn iinde nekadar su bekletilecei

deildir. Srekli beslemeli sistemlerde, bakterilerin reaktrlerden kamasn nlemek ve

bakterilerin iki katna kmasn temin iin HBS sresi daha uzun seilebilir.

HBS sresinin drlmesi, rtlecek malzemeye bal olarak deiir. Hayvan

atklarnda HBSni etkileyen en nemli basamak hidroliz kademesidir.

Hayvan gbresinde bulunan organik maddelerin rmesi;

Karbonhidratlar

Yalar

Proteinler

Hemi selloz

Selloz

srasyla gerekleerek hzlanr. Karbon hidratlar ve yalar daha kolay hidrolize olurken

sellozlar daha zor hidrolize olurlar.

Hidrolik bekleme sresi yeterli olmazsa reaktrden bakteriler daha hzl kaar ve

uucu ya asidi konsantrasyonu artar. Buda biogaz retiminin dmesine neden olur.

Fermantasyon tam olarak gereklemez. Bu problem, tarmsal biogaz tesislerinde nadiren

gerekleir.


Reaktr scakl arttka hidrolik bekleme sresi der. Yksek scaklkta bio

kimyasal reaksiyonlar daha ksa srede gerekleir. Dolaysyla hidrolik bekleme sresini

uygulanacak scakla gre semek gerekir.

3.5 Katlar Bekletme Sresi

Yukar akl kat reactrlerde olduu gibi tam karma olmayan paralanmalarda

kat bekletme sresi ( KBS) emprik olarak belirlenmelidir.

Uzun KBS gerektiren paralanma ilemlerinde dk bakteriyel hcre sentezlerine ve

enerjiye ihtiya duyulur. Eer yaplan ilemde amonyak ve azot konsantrasyonu yksek

ise KBS uzun olmaktadr.

3.6 Mikroorganizmalarn Bekletme Sreleri

Biyomas paralama ileminde kararll korumak iin nemli bir metod sistemde

mikroorganizmalarn bekletme srelerini (MRS) ksa tutmaktr. MRS artt srece

sistemdeki dengesizliklerde artacaktr.

3.7 Biyoktle Kat Konsantrasyonunun Etkisi

Reaktr dizayn yaplrken ilem trnn beslenen biyomasn fiziksel ve kimyasal

zellikleri ile yakndan ilgili olduuna ve beslemedeki kat paracklara dikkat etmek

gerekir.

Reactr sisteminde beslemedeki kat paracklarn HBS zerinde direkt olarak bir etkisi

vardr. Kat konsantrasyonu arttka HBS artar ve ykleme hz artar.


3.8 C / N Oran

Tm besi maddeleri, hayvan gbreleri, insan atklar, mutfak atklar v.b. belli

oranlarda karbon, azot ve oksijen ierirler. Organik maddelerdeki karbon, anaeorobik

bakterilerin enerji ihtiyac iin gereklidir. Karbondan baka en nemli besi maddeleri azot

ve fosfordur. Azot bakterilerin bymesi ve oalmas iin gereklidir.

Besi maddesinde azot bulunmasnn iki faydas var. Birincisi, amino asitlerin,

proteinlerin ve nkleik asitlerin sentezi iin gerekli elementi salar. kincisi, amonyaa

dnen azotun uucu ya asitlerini tamponlayarak pHn dmesini nler. Bylece

metan oluturucu bakterilerin bymesi iin uygun pH artlarnn salanmas oldukca

nemlidir.

Besi maddesindeki bileikler, bio reaktrde mevcut farkl bakteriler tarafndan

kullanlrlar. Metabolik ilemler iin gerekli C/N oran bakteriler iin uygun olmaldr.

C/N oran 23/1 den byk olduunda optimum rme iin uygun deildir. Yine C/N

oran 10/1den kk olduunda bakteriler zerinde engelleyici etki yapmaktadr.

almalar gstermitir ki hayvan gbresinde azot (N) kayna idrardr. Deneysel

almalardan grlmtr ki hayvan at iinde 5000 mg/lt. azotun bulunmas bio

kimyasal reaksiyon zerine olumsuz etki yapmad gzlenmitir. Organik madde iinde

azot 8000 mg/lt. ise azot amonyak azotuna dnr. Bu engelleyici etkide en nemli rolu

amonyum iyonu yerine serbest amonyak azotu oynamaktadr. Serbest amonyak azotu

zellikle hidrojen (H2) ile karbon dioksit gazlarndan metan retimi zerinde engelleyici

etki yapmaktadr. Asetattan metan oluumu zerine amonyak minumum etki

yapmaktadr. Hidrojen (H2) tketiminin engellenmesi, propiyonik asitin paralanmasn


zorlatrr. Buda metanojenik bakterilerin tkettii asetatlarn engellenmesi gibi hareket

eder.

Hayvan gbresinden biyogaz reten atklarda C/N oran 15/1 ila 30/1 arasnda deiir.

ou taze hayvan gbreleri bu oran salar. C/N oran 15/1 ila 30/1 i salyorsa hayvan

gbresini ayrca ayarlamaya gerek yoktur.eitli hayvan gbrelerine ve evsel/tarmsal

atklara ait kuru bazda C, N, C/N oran ve nem miktarlar Tablo 3.1de verilmitir.

Tablo 3.1 Organik Maddelerin C/N Oran

Gbre C

%Kuru

N

%Kuru

C/N

Oran

Taze Gbredeki

Nem Oran (%)

Su ile

Seyrelt

me

Sr Gbresi 30 1.66 18 80-85 1:1

Koyun Gbresi 83.6 3.80 22 75-80 1:1

Kmes Hav. Gb. 87.5 6.55 14 70-80 1:3

Domuz Gb. 76 3.8 20 75-80 1:2

At Gb. 33.4 2.3 15 80-85 2:3

Kaz 54 2 27 70-80 2:3

Gvercin Gb. 50 2 25 70-80 1:3

drar 15 15 1 90-95

Kan 36 12 3 90-95

Balk At 56 7 8 55-75

Kesim hane At 64 8 8 55-75


iftlik Gb. 42 3 14 75-80

EVSEL VE

TARIMSAL ATIKLAR

nsan Dks 48 6.0 8 50-70 3:7

drarl nsan Dks 70 7.0 10 50-70

Patates Kabuu 37.5 1.5 25 50-60

Mutfak At 62.5 2.5 25 5-15

Ekmek 50 2 25 50-60

Gazete 40 0.05 800 5-15

Taze im 48 4 12 40-60

Yulaf saman 50.4 1.05 120 20-40

Pirin saman 18 0.3 60 20-40

Yapraklar 55 1.0 55 25-40

Yer fst Kabuu 40 2.0 20 25-40

Soya fasulyesi sap 64 2.0 32 25-40

Aa yapraklar 75 1.5 50 40-60

eker kam 45 0.3 150 25-40

Soya fasulyesi 17.5 3.5 5 10-15

Pamuk tohumu 12.5 2.5 5 10-15

Hardal 39.0 1.5 26 10-15

Su smbl 30.4 1.9 16 85-90


C/N hesaplamalarnda devaml kuru madde esas alnr. Enerji retiminde gbre

iindeki su katks sfrdr. Bakteriler organik maddeleri besi maddesi olarak kullanrlar.

Optimum C/N oran farkl organik maddelerin kartrlmas ile elde edilebilir. Sabit

karm srekli gaz retimini garanti etmek iin gereklidir.

3.9 Toksisite

Mineral iyonlar, ar metaller ve deterjanlar anaerobik artmada mikro organizmalarn

bymelerini engelleyerek toksik etki yaparlar. Az miktarda mineral iyonlar (sodyum,

potasyum, kalsiyum, magnezyum, amonyum ve kkrt) bakterilerin bymeleri

gelitirirken ar metaller toksik etki yaparlar. 50-200 mg/lt. amonyum bakterilerin

bymesini ilerletirken 1500 mg/lt. amonyum bakteriler zerinde toksik etki yapar.

Benzer ekilde bakr, nikel, krom, inko, kurun gibi ar metaller ok dk

konsantrasyonlarda bakterilerin gelimesinde olumlu etki yaparken yksek

konsantrasyonlarda toksik etki yaparlar. Sabun gibi deterjanlar, antibiyotikler,

dezenfektanlar, organik solventler bakterilerin metan retim kapasitelerini drrler. Bu

maddelerin hayvan gbresine karmas nlenmelidir.(2005 M.ztrk) Bakterilerin

bymesinde toksik etki yapan baz maddelerin konsantrasyonlar Tablo 3.2de

verilmitir.


Tablo 3.2 Anaerobik Artmada eitli Engelleyicilerin Engelleme Seviyesi

Engelleyiciler Engelleme Seviyesi (mg/lt)

Slfat (SO4-2) 5.000

Sodyum klorr ve genel tuzlar (NaCl) 40.000

Nitrat (N olarak hesaplanm) 0.05

Bakr (Cu+2) 100

Krom (Cr+3) 200

Nikel (Ni+2) 200-500

Sodyum (Na+1) 3.500-5.500

Potasyum (K+1) 2.500-4.500

Kalsiyum (Ca+2) 2.500-4.500

Magnezyum (Mg+2) 1.000-1.500

Mangan (Mn+2) 1.500 zeri


Anaerobik artmada metan retimi zerine amonyak konsantrasyonun olumlu ve

olumsuz etkisi Tablo 3.3de verilmitir.

Tablo 3.3 Amonyakn Metan retimi zerine Etkisi

Konsantrasyon (mg NH3/lt) Etkisi

5-200 Faydal

200-1000 Ters etkisi yok

1500-3000 Yksek pH deerlerinde muhtemelen

engelleyici

>3000 Toksik


4.ANAEROBK LEMN DER BYOLOJK LEMLERLE

KARILATIRILMASI

Tam ayarlanm bir anaerobik ilem dier biyolojik ilemlere gre daha dk iletme

maliyetine, daha az amur oluumuna, daha fazla enerji kazanmna (bkz ekil 4.1) ve

daha yksek organik madde ykleme hzna olanak sunmaktadr. Buna karn anaerobik

ilem ; daha uzun balatma sresine , optimum scakla ulamak iin enerjiye ihtiya

duyar ve istenmeyen kt koku oluumu , 5 gnlk biyolojik oksijen ihtiyacnn 50 mg /

lt den az olamamas kanlmaz olumsuz ynleridir.

Belediyelere ait ve endstriyel atklara uygulanan anaerobik ilemin aerobik ileme

gre birok avantajlar mevcuttur. Bu avantajlar ; biyomas retiminin azalmas, elde

edilen enerji ile tekrar metan gaz oluturma , organik madde ykleme hznn yksek

olmas ve iletme maliyeyinin az olmas eklinde sralanabilir. Bu avantajlarnn yannda

scaklk, pH deerlerindeki dalgalanmalara ok duyarldr. Yine bu sistemde hidrojen

slfr oluumu nemli bir dezavantaj olarak kabul edilir.(ref?????)

Tablo 1 anaerobik ilemin stnlk ve sakncalar zetlemektedir.

Tablo 4.1 Anaerobik ilemin stnlkleri ve sakncalar

STNLKLER SAKINCALARI

* Sistem kararldr * Uzun balatma sresi

* Dk biyomas yoketme maliyeti * Sulandrmada yetersiz alkalinite ouumu

*Dk azot ve fosfor giderme maliyeti * Optimum scaklkta yetersiz metan gaz

oluumu

* Dk tesisat alan * Slfat ve kt koku oluumu


* Enerjinin korunmas ve ekonomik

yararlar

* Nitrifikasyon olmamas

* Dk ilem ilgisi * Dk scaklkta dk kinetik

* Hava kirliliini giderme * Yksek BO ( 5 gnlk)

* Sezonluk ilem imkan * Yksek NH4 deriiminde gerekli en fazla

biyomas aktivitesi

* Atk yzeyindeki kprmeyi giderme *Yksek toksiklik ve klorlanm alifatik

oluumu

* Klorlanm organik toksitlerde azalma

ekil 4.1 Aerobik ve anaerobik artmn karlatrlmas


5. BYOGAZ RETMNDE KULLANILAN REAKTRLER

5.1 Reaktr Tasarm

Anaerobik paralanma teknolojisini ticari ve ekonomik adan beslemenin fiziksel ve

kimyasal zelliklerinin kullanlan reaktrn dizayn ile uyum salamas gerekir. Bir

prosesi gerek anlamda yaplandrmak iin ncelikle paralanma dizaynnn iyi seilmesi

gerekmektedir.

Yksek metan gaz verimine ancak kat madde ve mikroorganizmalarn bekleme

sreleri ( KBS, MBS ) uzun tutulduunda ulalr. Yksek retim hz iin yksek

organik ykleme hz ve dk hidrolik bekleme (HBS) srelerine ihtiya vardr.

Mikroorganizmalarn , biyomasn ve kat maddelerin bekleme sreleri reaktr dizayn ,

operasyon teknikleri ve beslemenin kompozisyonuna gre belirlenir.

Ykleme hznn azalmas ile uzun KBS salanr bu da ksa hidrolik bekleme sresine (

HBS) sebep olur. KBS uzun iken HBS nin ksa olmas alk olunan reaktr dizaynlar ile

salanamaz. (ref ???)

5.2 Reaktr eitleri

Endstride kullanlmak zere birok farkl anaerobik reaktrler tasarlanmtr. Tam

kartrmal tank reaktr (CMSTR) ,Lagun tipi reaktrler, ASBR , yukar akl

anaerobik amur yatak reaktr( UASB) bunlardan birkadr.

5.2.1 Tam Karml Reaktrler

Tam karml reaktrlerde amur stlarak reaktre verilmektedir. Bu tr reaktrlerde

yeterli uucu organik kat madde konsantrasyonu %3-10 arasnda deien atklar

kullanlr. Reaktrler geni, dikey ve sadece betonarme veya elik silindirlerden yaplm


konteynerlerdir. Reaktr tavan dz veya konik olabilir. Reaktre bir kartrc konarak

bakterilerin besi maddeleri ile ile homojen temas salanr. amur, kartrma havuzunda

toplanr. Burada gerekirse seyretme yaplr. amur reaktre verilmeden nce gbre

iindeki yabanc ve istenmeyen maddelerin kelmesi salanr ve stlr. amur reaktre

ya bir pompa veya cazibe ile akacak ekilde verilir. Reaktre verilen amur reaktrde

kartrlr. Kartrma ile 1. homojen bir ortam oluturulur, 2. kat maddelerin askda

kalmalar salanr. Kartrma ve stma verimlilii artrr. Tam karml reaktrler ya

mesofilik veya termofilik artlarda altrlr. Tesisten elde edilen biogazn bir ksm

reaktr stmak iin kullanlr. Hidrolik bekleme sresi 10 ila 20 gn arasnda deiir.

Anaerobik artlar muhafaza etmek iin reaktr zeri sabit olarak kapatlr. Biogaz

reaktrden alnr. Artlr ve kullanma sevk edilir. ou tam karml reaktrlerden elde

edilen biogazdan elektrik enerjisi retilmektedir. Hem reaktr hemde kartrma nitesi

motor soutma sisteminden alnan atk s ile stlmaktadr.

Tam karml reaktrlerin hacmi 100- 2000 m3 arasnda deimektedir. Daha byk

hacimli amurlar iin birden fazla reaktr kullanlabilir.


ekil 5.1 Tam Karml Reaktrler


ekil 5.2. Tam Karml Anaerobik Artma Tesislerinden Grntler

5.2.2 Lagun Tipi Reaktrler

Anaerobik lagunlarn st rtl havuzlardr. Gbre bir utan girer ve rme

ileminden sonra dier utan kar. Lagunlar genellikle psikofilik veya toprak scaklna

yakn scaklk artlarnda altrlr. Dolaysyla reaksiyon hz, mevsimsel scaklk

deiiminden etkilenir. Yazn k aylarna gre %35 daha fazla biogaz elde edilmektedir.

Bu tr reaktrlerde kat madde konsantrasyonu %2 dr. Lagun tipi reaktrlerde kat


madde konsantrasyonu dk atk sularla alld iin domuz gbresi ile mandra

atksularnn bu tr sistemlerle artlmas daha olumlu sonular vermektedir. Hayvan

gbresi bu tr tesislerde artlacaksa kat maddeler nceden artlmaldr. Bu durum enerji

potansiyelini nemli lde azaltr (ekil 5.3).

Istmasz lagun tipi reaktrlerde HBS 60 gn amaktadr.

Reaktr scakl dk olduu zaman organik maddelerin biogaza dnm de

dk olmaktadr.

amur iindeki kum ve kil gibi kelebilir kat maddeler reaktre verilmeden nce

kartrma nitesinde bertaraf edilmelidir. Ayrca byk ba hayvan atklarnda bol

miktarda bulunan lignin ve seluloz gibi malzemelerin anaerobik artlarda bozunmas zor

olduu iin nceden giderilmesinde fayda vardr. Bylece lagun iinde kat madde

birikmesi daha az olur.

Lagunlar, dairesel, kare, dikdrtgen ve baka ekillerde olabilirler. Dikdrtgen

lagunlarda atklarn dzgn ekilde dalmas iin uzunluk /genilik oran 4:1i

amamaldr. Lagunlarda anaerobik artlarn salanmas iin reaktr derinlii en az 2

metre olmaldr. Maksimum derinlik ise toprak zelliine ve yer alt su seviyesine bal

olarak 6 metre olabilir. Bylece daha az yzey alan gerekir. Baz lkelerde lagun

duvarlar ksmen poliretan kpk (5 cm et kalnlnda) ve ksmen toprak seti ile

yaltlmaktadr.

Lagunlarn zerinde kullanlan yzer at rts malzemeler geirimsiz plastik

membranlardr. Yzer at rt altnda oluan gaz toplanr. Yzer at rts olarak

kullanlan membran malzemesi genellikle HDPE veya poli propilendir. Yzer at rts

altnda toplanan biogaz belli basnca ulatnda gaz pompas ile kullanma gnderilir.


Anaerobik lagunlarn en byk avantaj dk maliyetli olmasdr. Dk maliyet

dk enerji retimi ve daha az verimle artlm su kalitesi ile dengelenir. Lagunlar sk

aralklarla temizlenmedir. Temizleme esnasnda koku ikayeti olur.

ekil 5.3 st rtl Lagundan Grnt

Baz lagunlar stlmaldr. Buna rnek bir lagun tipi ekil 5.4de verilmitir.


ekil 5.4 Istmal ve ats rtl Lagundan Grnt

5.2.3 Piston Akml Reaktrler

Piston akml reaktrler anaerobik rmenin en basit ekli ve en ucuz olandr.

Piston akml reaktrler yatay veya dikey ekilde olabilir. ounlukla yatay, dikdrtgen

modeller kullanlmaktadr. Gbre ahrdan syrma sistemi ile toplanr. Atk su reaktrn

bir tarafndan girer ve rme ileminden sonra dier taraftan kar. Giriler korozyona,

tkanmaya,, donma hasarna ve gaz kaybna dayankl olarak dizayn edilmelidir. Reaktr

girii, reaktrdeki hakim su seviyesinin altnda olmaldr. Organik maddelerin bir ksm

bakteriyel ktleye dnr. Bu tr reaktrlerde kat madde konsantrasyonu %11-14

arasnda deimektedir. Yksek konsantrasyonda kat madde ile allabilecei iin

gevi getiren hayvan gbresi artlabilir. Domuz ve mandra atklarn artmak iin uygun

deildir (ekil 5.5).


Dikdrtgen tipi olan reaktrlerde uzunluk, genilik ve derinlikten daha byk

olmaldr.Reaktr uzunluunun genilie oran 3.5:1 ila 5:1 arasnda deiir. Derinlik ise

en az 2.5 metre olmaldr. Geniliin derinlie oran ise 2.5:1den kk olmaldr.Taban

ve duvarlar beton veya geirimsiz membran olabilir. zellikle zemin dz olmaldr.

Reaktr yzeyi, duvarlar ve taban s kaybn minimize etmek iin yaltlmaldr.

* Piston akml reaktrler genellikle mesofilik artlarda altrlr. Hidrolik bekleme

sreleri genelde 20 gndr. Kat madde bekleme sresi ise 25-30 gndr.

* Piston akml reaktrlerde kum ve kil gibi maddeler reaktr tabanna

kelebileceinden nceden giderilmelidir. Fiberler ise reaktr yzeyinde yzebilir.

* Piston akml reaktrlerde yzer at rts malzemesi olarak esnek HDPE ve poli

propilen kullanlr. Sabit at malzemesi olarak ise beton veya galvaniz sa

kullanlmaktadr.

* Reaktrde oluan kat maddeler zaman zaman alnmaldr. Temizleme ilemi kolay bir

ilem deildir.

* Bu tr reaktrler, reaktr iinden geen scak su borular siyah demir, elik, bakr veya

alminyumdan yaplm s deitiricilerle stlr. Is deitirici olarak galvaniz boru

kullanlmamaldr. Bylece yl boyunca sabit scaklk elde edilebilir. Temizleme ilemi

esnasnda stclarnda temizlenmesi ve tamir edilmesi gereklidir. ( 2005 M ..ztrk)


ekil 5.5 Piston Akml Reaktrler (2005 M.ztrk)

5.2.4 Anaerobik Filtre Reaktr

Anaerobik filtreler iinde doal veya sentetik dolgu maddesinin bulunduu , bu

malzeme zerinde bakterilerin sabit biyofilm formunda byd bir ortamdr. Bu

proseslerin en byk stnlkleri sre kontrolnn kolay olmas ve ykleme

deerlerinin sorun yaratmamasdr. Bu reaktrlerde HBS 0,5-2 gn, KBS 30-100 gn ,

KO yklemesi 2-20 kg /m3 olarak alnmaktadr. Ancak dolgu maddesinin st ksmnda

tkanmalar olduu iin bu reaktr pek tercih edilmemektedir.

5.2.5 Yukar akl amur yatak reaktr (YAYR)

Yukar akl amur yatak reaktr (bkz ekil 5.6) 3 farkl blgeden meydana

gelmektedir. Bunlar amur yatak, amur battaniye ,ve gaz ayrma blgesi olarak

adlandrlr. Tankn alt ksmndan giren besleme atk yatak younluundan, amur

granllerinin iinden geerek yukarya doru akmaktadr. Yukarya akan akkann


hareketi arttka HBS ye bal olarak MBS ve KBS kazanlr. Gaz ve askda braklm

katlar ilenmi akkann tankn gaz- kat ayrma ksmndan getikten sonra birbirinden

ayrlr. Reaktrdeki engel ksm tutulan gazn salnmas in kullanlr. Bylece amur

paracklar paralama blmne doru geri ilerler ,paralanma ileminde uzun KBS ve

yksek deriimli amur oluur.

Besleme amur yatak blmnden getikten sonra reaktrn hacim olarak % 70 ini

kaplayan amur battaniye ksmna gelir. Bu ksmda amur yatak ksmna gre

kat paracklar az olmakla beraber kabarcklar mevcuttur.Bu tip reaktrler sklkla

yksek organik madde ihtiva eden beslemelerde kullanlmaktadr.

YAY reaktrler 3-6 kg KO / m3 kirlilik konsantrasyonuna sahip atklarda

kullanlmaktadr. Maksimum KO giderme verimi yaplan aratrmalar sonucu % 70- 75

olarak bulunmutur. Bu reaktrde amurun ok iyi kebildii gzlenmitir Yukar akl

amur yatak reaktr sisteminin stnlkleri ve sakncalar tablo 5.1 de gsterilmitir.


Tablo 5.1 Yukar Akl Anaerobik amur Yatak Reaktrn Avantaj ve

Dezavantajlar(ref ???)

STNLKLER SAKINCALARI

Gaz / kat ayrma ksm dnda basit

yapya sahiptir

Etkili gaz ve sv ayrcsna ihtiya vardr

Yksek hzla ykleme imkan Yksek kat madde yklemesi yapldnda

, k akm ile baz katlar ve

mikroorganizmalar kaybolabilir.

Mekanik kartrma ve maliyetinin

olmamas

Hidrolik kabarma sresince amur yatan

bir ksm kaybolabilir

k akmnda askda kalm kat

miktarnn az olmas

Yatak genilemesi iin k akmn tekrar

dngye girmesi gereklidir.

Asit ve metan bakterilerini ayrarak evre

artlarn dzeltmesi


ekil 5.6 Yukar Akl amur Yatak Reaktr (YAYR) (http://www.uasb.org)

ekil 5.7 Yukar Akl amur Yatak Reaktr (YAYR)

Atk madde

Gaz Kabarcklar

amur Granlleri

Gaz Bal

Besleme

BYOGAZ

Su benti settler

Engel

3 Faz Ayrc


6 . BYOGAZ RETMNDE KULLANILACAK GBRE MKTARININ BELRLENMES

Hayvan gbreleri ierdikleri zararl bitki tohumlarnn ve patojen

mikroorganizmalarnn yok edilmesi ve azot-karbon orannn ykseltilmesi amacyla taze

olarak topraa verilemezler. Gbreliklerde belirli sre bekletilmeleri gerelir. Bu zorunlu

bekletilme sresi ierisinde karbon, azot, potasyum ve fosfor gibi bitki besin

maddelerinin nemli bir ksm kaybolur. Bu kaybn deeri yaklak % 30 33 kuru

madde kaybna karlk gelmektedir. Gbrenin bu zorunlu bekletilme sresini ortadan

kaldrmak ve kayp olan gbreyi biyogaz olarak geri kazanmak amacyla hayvansal

atklar aneorobik fermantasyona tabi tutulabilirler. Fermantasyon sonucu elde edilecek

olan organik gbrenin dier bir stnl de aneorobik fermantasyon sonucunda patojen

mikroorganizmalarn byk bir blmnn yok olmasdr.

Srlarn gnlk gbre ve idrar miktarlar aadaki regresyon eitlikleri ile

verilmitir. Eitlikler 494-599kg canl arlklar iin geerlidir.

y1= 0,028x 4,70 (r=0.642)

y2=0,157x 53,2 (r=0,791)

Burada; y1: Gnlk idrar retimi (kg/hayvan.gn),

y2: Gnlk gbre retimi (kg/hayvan.gn),

x: Hayvan arl (kg)


Bu eitliklerden yararlanarak 50 ba hayvandan elde edilebilecek gnlk gbre ve

idrar retimi toplam, hayvan arl 500 kg alndnda yaklak 1730 kgdr. Gbrenin

kuru madde oran %18 kadardr. Bu gbrenin fermantre yklenmeden nce bakterilerin

kuru maddeden yararlanabilmesi iin kuru maddesinin %9a indirilmesi gerekir. Bu

nedenle taze gbre yar yarya sulandrlr.


7 . HAYVAN GBRESNDEN BYOGAZ RETM

Hayvan trne, byklne bal olarak gnlk retilecek gbre miktar, gbredeki

su muhtevas, biyolojik ilem sonucu oluan bio gaz miktar ve reaktre besleme

yaplrken seyreltme oranlar Tablo 7.1de verilmitir. 1000 kg arlndaki hayvan

ve/veya hayvanlardan gnde slak bazda 60-80 kg gbre olumaktadr. 630 kg

arlndaki bir srdan gnde yaklak olarak 50 kg. gbre oluur. 450 kg. arlndaki

bir inekten yaklak olarak 36 kg., 45 kg. arlndaki koyundan yaklak 1.8 kg., 90 kg

arlndaki domuzdan yaklak 4.5 kg ve 450 kg. bir attan yaklak 20 kg. ve 1.8 kg. bir

tavuktan yaklak 0.09 kg gnlk gbre olumaktadr. Avrupa Topluluu lkelerinde

yllk olarak oluan tahmini hayvan gbresi miktar ekil 7.1de verilmitir. Burada

srlarn 35 kg, domuzlarn 5 kg, koyunlarn 3 kg ve tavuklarn 0.1 kg gnde hayvan

gbresi rettii kabul edilmitir.


ekil 7.1 Avrupa Topluluu lkelerinde Hayvan Gbresi Miktar Trkiye iin yukardaki veriler ile toplam hayvan saylar kullanlarak yllk olarak

oluan hayvan gbresi miktar 181.974.765 ton olarak hesaplanr. Bu miktarn iinde

tavuk ve domuz gbresi miktar yoktur. nk bu hayvanlarla ilgili veriye

ulalamamtr. Dolaysyla Trkiyenin hayvan gbresi miktar ok daha fazladr. Bu

verilere gre Trkiyenin biogaz potansiyeli yllk olarak en az 7.689.528.000 m3 ( 1.79

1011 MJ/ m3 )dr. Bunun doal gaza edeeri 1.05 1011 MJ/ m3 dr. lkedeki tavuk, at,

kei ve domuz says hesaba katlrsa bu miktar ok daha yksek olduu anlalr.


Tablo 7.1 Birim Gbre Arl Bana Biogaz Oluumu ve Seyreltme Oran

Hayvan Tr Nem Miktar (% Islak bazda)

Fermantasyon sonu bio gaz retimi (lt/kg)

Seyreltme Oran (gbre/su)

Sr 80-85 40 1/1 Domuz 75-80 70 1/2 Kmes Hav. 70-80 60 1/3 Kei 75-80 60 2/3 At 80-85 40 2/3 Koyun (45 kg) 75-80 50 2/3 Yetikin nsan(ocuk)

75-80 (75-90)

70 (70) 3/7

Anaerobik rtme reaktr hacm (Vd), organik maddelerin hidrolik bekleme sresi

(HBS) ve gnlk beslenen amur miktar (Sd) esas alnarak;

)()/()( 3 gnHBSgnmmmireaktrhacVd = denklemi ile hesaplanr.

Burada : m : Gnlk olarak beslenen atk miktar (m3/gn)

HBS: Hidrolik Bekleme Sresi (gn) Hidrolik bekleme sresi, seilen rme scakl ile tespit edilir. Istmasz biyogaz tesislerinde reaktr iindeki scaklk toprak iindeki scakln 1-2 oC zerinde alnr.

Psikolofilik scaklk artlarnda hidrolik bekleme sresi (HBS) : 1 00

Mesofilik artlar iin (20-35 oC) HBS : 20

Termofilik artlarda ise (50-60 oC) HBS : 8

gnn zerinde alnr.


Mesofilik artlarda alan basit biyoreaktrler iin hidrolik bekleme sresi en az 20

gn olmaldr. Pratik uygulamalar gstermitir ki bu hidrolik bekleme sreleri 20-100 gn

arasnda deimektedir. Reaktr scakl ile hidrolik bekleme sresine bal olarak gaz

retim hz ekil 7.1de verilmitir. Tablo 7.2 deki ve ekil 8deki veriler kullanlarak

doru gaz retim hz;

RTtRTT fmGyGY ,; = denklemi ile hesaplanr. Burada; GYT,RT: Reaktr scaklna ve bekleme sresine bal olarak gaz retimi,

mGy :ortalama spesifik gaz retimi,

fT,RT : Reaktr scaklna ve bekleme sresine bal olarak gaz retimi iin arpan

ekil 7.1 : Scakla ve Hidrolik Bekleme Sresine Bal Olarak Gaz retimi (1.Nisbi Gaz retimi (eitli hayvan gbresine ait deerler Tablo 11), ( 2. Hidrolik Bekleme Sresi, 3. Reaktr Scakl)


Gbre ierisine ne kadar su ilave edilecei olduka nemlidir. amur iinde kat

madde konsantrasyonunun %3-9 arasnda olmas istenir. Bu konsantrasyonun altnda ve

stnde fermantasyon sresi uzar. Hayvan gbrelerine ilave edilmesi gerekli su miktarlar

Tablo 6de verilmitir. ou krsal blgelerde hayvan gbresi ile birlikte tuvalet atk

sular ile kartrlarak reaktre verilerek amur iindeki kat madde konsantrasyonu %3-9

arasnda tutulur.Dolaysyla;

Reaktre ilave edilecek amur miktar = Bio ktle + Su

eklinde bulunur.

Bioktle reaktre verilmeden nce belli oranda idrar veya su ile seyreltilir. Bunlara

gre rmenin gerekletii reaktr hacmi tespit edilir.

Kurak havalarda hayvan gbresini seyreltmek iin hayvan idrar yeterli olmaz. Bu

durumda hayvan gbresinin seyreltilmesi gereklidir. Hayvan gbresini seyreltmede idrar

kullanm tavsiye edilir. Eer yeterli miktarda idrar yoksa seyreltme iin su kullanlr.

Hayvan gbresini su ile seyreltme yerine hayvanlara daha fazla su iirerek hayvan

idrarnn seyreltme amac ile kullanlmas tavsiye edilir. Hayvann daha fazla idrar

retmesi hem sal hem de daha fazla st retmesi asndan nemlidir.

Hayvan gbresi iinde saman ve dier kat maddeler (kum, kil vb.) bulunabilir. Bu tr

maddelerin hayvan gbresinden giderilmesi iin reaktre verilecek hayvan gbresi

akkan hale getirildikten ve kat maddelerin kmesi salandktan sonra reaktre

verilmesi tavsiye edilir. Reaktrn giri ve k nitesi gnlk olarak temizlenmelidir.

Tuvalet sular seyreltme amac ile kullanlacaksa bu sulara amar suyu gibi maddeler

kesinlikle kartrlmamaldr.


eitli hayvan gbresi ve atklar iin reaktrde oluan gaz miktar da Tablo 7.2 de

verilmitir.

Tablo 7.2 eitli Atk Trleri in Ortalama Gaz rn

Besi Maddesi Gaz retim Aral (lt/kgUM)

Ortalama Gaz retim Deeri (lt/kgUM)

Domuz Gbresi 340-550 450 Sr Gbresi 150-350 250 Kmes Hayvanlar Gbresi 310-620 460 At Gbresi 200-350 250 Koyun Gbresi 100-310 200 Ahr Gbresi 175-320 225 Tahl At 180-320 250 Msr Saman 350-480 410 Pirin Saman 170-280 220 im 280-550 410 Fil imeni 330-560 445 Bitkisel Atklar 300-400 350 Su Smbl 300-350 325 Alg 380-550 460 Kanalizasyon amuru 310-640 450

Gaz blm hacmi genel olarak Vd/Vg (reaktrde rme blm hacmi/gaz toplama

blm hacmi), 3:1 ila 10:1 veya 5:1 ila 6:1 arasnda deiir.


Krsal blgelerde az sayda hayvan olan yerler iin bir konutta gnlk olarak retilen

hayvan gbresi miktar belirlenerek biogaz tesisi kapasitesi belirlenir. Gnlk olarak

oluan hayvan gbresi miktarna gre gerekli bio reaktr hacmi Tablo 7.3de verilmitir.

Tablo 7.3. Kk Boyutlu Biogaz Reaktr Boyutlandrlmas

yimser Senaryo Gereki Senaryo Gnlk Gbre Miktar (kg)

Biogaz Tesisi Kapasitesi (m3)

Gnlk Gbre Miktar (kg)

Biogaz Tesisi Kapasitesi (m3)

d


Tablo 7.4 Doalgaz ve biyogaz zelliklerinin karlatrlmas (Biyogaz.com)

ZELLKLER DOAL GAZ

BYOGAZ

Bileim, hac. %si 95 98 55 65 Mol Arl, kg/molkg 16.04 26.18 Younluk, kg/m3 0.82 1.21 Isl Deer, MJ/m3 36.14 21.48


8 . BYOGAZIN DER YAKITLARLA KARILATIRILMASI

Biyogazn dier enerji kaynaklar ile karlatrlmas tablo 8.1 de ayrntl olarak verilmitir.

Tablo 8.1 Biyogazn dier yaktlarla karlatrlmas

YAKIT CNS BRM ISIL DEER YANMA VERM EDEER

Biyogaz m3 4700 kcal % 60 1 kWh

Elektrik kWh 860 kcal % 70 4,7 kWh

Gazya lt 9100 kcal % 50 0,62 lt

Odun kg 4700 kcal % 17 3,47 kg

Tezek kg 2100 kcal % 11 12,30 kg

Havagaz m3 4000 kcal % 60 1,18 kWh


9 . BYOGAZ RETMNN YARARLARI

Hayvansal ve bitkisel organik atk/artk maddeler, ounluklaya dorudan doruya

yaklmakta veya tarm topraklarna gbre olarak verilmektedir. Bu tr atklarn zellikle

yaklarak s retiminde kullanlmas daha yaygn olarak grlmektedir. Bu ekilde

istenilen zellikte s retilemedii gibi, s retiminden sonra atklarn gbre olarak

kullanlmas da mmkn olmamaktadr. Biyogaz teknolojisi ise organik kkenli atk/artk

maddelerden hem enerji eldesine hem de atklarn topraa kazandrlmasnaimkan

vermektedir.

Genel olarak biyogaz;

* Ucuz, evre dostu bir enerji ve gbre kaynadr.

* Atk geri kazanm salar

* Biyogaz retimi sonucu hayvan gbresinde bulunabilecek yabanc ot tohumlar

imlenme zelliini kaybeder,

* Biyogaz retimi sonucu hayvan gbresinin kokusu hissedilmeyecek lde yok

olmaktadr.

* Hayvan gbrelerinden kaynaklanan insan saln ve yeralt sularn tehdit eden

etmenlerin byk lde azalmas salanr

* Biyogaz retiminden sonra atklar yok olmamakta stelik daha deerli bir organik

gbre haline dnmektedir.

9.1 Artma amurunun Kullanl Hayvan gbresi kararl hale getirilmeden, geici olarak depolandnda; gbre iinde

bulunan azot bileikleri kontrolsz artlarda bozunarak yaklak olarak % 50-70i

kaybolmaktadr. Bu ise nemli miktarda besi maddesi kayb demektir.


Anaerobik rmeden sonra elde edilen gbrede organik maddelerin nemli miktar

kararl hale dnmektedir. Anaerobik ilemden sonra gbre iinde bulunan organik

maddelerin %40-60i metan ve karbon dioksite dnerek karbon miktarnda nemli

azalma olmaktadr. C/N orannda azot lehine artla sonulanmaktadr. Bir gbre

rneinde balangtaki gbrede amonyak azotu 2.9 g/lt iken anaerobik rme

ileminden sonra bu miktar 3.7 g/lt kmtr. C/N oran da 8 den 4 inmitir. Gbrenin

besi maddesi kalitesi artmtr.

Anaerobik rme ileminden sonra gbre iinde amonyum konsantrasyonu

artmaktadr. Artlm gbre mineral gbre gibi hareket etmektedir. Bitki kkleri

tarafndan daha bol olarak kullanlmaktadr. Bitkiler artlm amurdaki znr haldeki

azotu daha iyi kullanrlar. rm amur kullanldnda rn verimlilii %3-5 orannda

artar. Sv gbre ekim yapmadan nce kullanldnda ve topraa enjekte edilip zeri

toprakla rtld zaman etkisi daha fazla artar. Anaerobik olarak rtlm sv gbre

topraa 20 cm. derinlikte verildiinde bitkilerin azotlu maddeleri tam olarak besi maddesi

olarak kullanmas mmkndr. njeksiyon veya iz balkl aletlerle bu baarlabilir.

Bitki kkleri nitrattan ziyade amonyak azotunu kullanmay tercih eder. Bitkilerin

bymesi safhasnda sv gbre topraa ilave edilmektedir. Topraa ilave edilecek gbre

miktar, bitkiler tarafndan kullanlacak N, P, K bakmndan dengeli olmaldr. Bu da

bitkilerin bymesini hzlandrr. Amonyum bitkiler tarafndan daha ksa srede absorbe

edildiinden amonyumun nitrata dnerek yer alt suyuna karmas nlenir. Bylece

yer alt sularnn nitrat bakmndan kirlenmesi nlenir.

1-1.2 ton yer fst veya sprge dars retmek iin hektar bana 33 kg N, 11 kg

P2O5 ve 48 kg K2O kullanmak gerekir. rtlm sv gbre iindeki azot, fosfor ve


potasyum miktarna baklarak bitki trne gre topraa ilave edilir. Normalde rtlm

sv gbre sulu olduu iin hektar bana 30-60 ton sv gbre kullanmak yeterlidir. Bir

hektar yer fst iin kabaca 6-8 m3 kapasiteli bir tesisten elde edilen rm amur

yeterlidir. rm amurun imen zerinde kostik etkisi taze gbreye gre daha

dktr.

Anaerobik artma tesislerinde oluan rtlm sv gbre iindeki amonyak azotu

kaybn minimize etmek iin sv gbre depolama tank kapasitesi, rtme tank

hacminin %50i byklnde olmaldr. Anaerobik artma sonucu oluan sv gbre

tarm arazisinde ylda 2-4 defa kullanlabilir. Baz almalara gre ise anaerobik artma

amurunun arazide srekli olarak kullanlabilecei sylenmektedir.Sv gbrenin arazide

yzeyden pskrtlerek kullanm ekli ekil 33de verilmitir.

eitli hayvan gbresi toplam kat madde iinde bulunan besi maddeleri miktarlar

Tablo 9.1 de verilmitir.

Tablo 9.1 Hayvan Gbresi inde Bulunan Besi Maddesi Miktar

Hayvan Cinsi N P2O5 K2O CaO MgO

Sr Gbresi 2.3-4.7 0.9-2.1 4.2-7.6 1.0-4.2 0.6-1.1

Domuz Gbresi 4.1-8.4 2.6-6.9 1.6-5.1 2.5-5.7 0.8-1.1

Tavuk Gbresi 4.3-9.5 2.8-8.1 2.1-5.3 7.3-13.2 1.1-1.6


Ham gbreler yaban otu tohumu ve hastala sebep olan mikroorganizmalar ierir.

Anaerobik artma sonucu oluan gbrede yaban otu tohumlarnn imlenme kabiliyeti

der. Gbre iinde bulunan yaban otu tohumlar %95 orannda bozunur. Anaerobik

rtlm gbrede tm tohumlar tahrip olduu iin, amur minimum riskli olarak

kullanlr. Bylece yaban otu tohumu ile mcadele bedeli de minimize edilir.

Gbre iindeki kokuya sebep olan maddeler azalr. Reaktrden kan gbre kokusuz

ve kahve renkli olur. Hastalk yapc patojen mikroorganizmalar lr. Anaerobik rme

sonucu amur iindeki patojenler en az %90 orannda azalr. Haerelerde nemli oranda

azalma olur.

Anaerobik artm esnasnda kk molekll organik maddelerin ou bozunur.

Lignin gibi bozunmayan maddeler, topran humus yapsna katkda bulunur. Topran

humus yapsn dengeler. Bylece fermente olmu gbre humus yapc maddelerle

topran gbrelenmesine yardmc olur.

rm gbrenin ar derecede uygulanmas bitkilerin yanmasna sebep olabilir.

nk gbre iinde bulunan znm haldeki tuzlar toprakta birikerek topran

tuzlamasna neden olur. Dolaysyla rm gbre bitkinin kkne ulamaldr.

rm gbrenin geici olarak depolanmas, metan gaz retiminin devam etmesini

salar. Depoland yerde baz kat maddeler kelir. rm amuru arazide

kullanmadan nce kartrlmas tavsiye edilir.

Anaerobik olarak rtlm amur kimyasal gbre yerine kullanldnda %30

ekonomik deer kazanr. rtl gbre kimyasal gbreye ek olarak kullanlr.

Anaerobik rme sonucu elde edilen sv gbre ile aerobik komposta gre daha fazla

rn elde edilir. Bunun sebebi; anaerobik artlarda gbre iinde bulunan tm azot

trlerinin amonyak azotuna dnmesidir. Anaerobik rtlm amur, yllk meyve

rnn artrr.


635 kg. arlndaki bir srdan yaklak olarak 50 kg taze sr gbresi oluur. Bu

gbrenin KOI deeri; 5.7 kg, TKN deeri; 0.286 kg, TP deeri; 0.0445 kg ve toplam

potasyum deeri; 0.163 kg.dr. Anaerobik rme sonucu bu gbre iindeki karbon

miktar azalrken azot deimez. Gbre iinde bulunan nitrat tr azotlar, denitrifikasyon

sonucu amonyum azotuna dnrler. Bylece C/N orannda anaerobik rme sonucu

azot lehine art olur. Gbre miktar ise deimeden 100 kg olarak kar. nk gbre

reaktre verilmeden nce 1/1 orannda seyreltilmitir. Gbre sv formdadr.

Artma amurunun spring metodu ile arazide kullanlabilir. Spring nozullarnn aplar

in veya daha byk olmaldr. Yksek miktarda kat madde ieren artlm svlar iin

veya 2 in nozullar kullanlmaldr. Tek spring veya dz boru springlerin kullanlmas

tavsiye edilir. inten kk apl dner etkili nozullarn dk basnl sistemlerde

kullanlmas tavsiye edilmez.

inde rm hayvan gbresi dk dereceli fosforit ile kartrlarak yeni bir gbre

tr elde edilmektedir. rm amur fosforit ile 1:10 ila 1:20 orannda

kartrlmaktadr. Bylece topran fosfor ihtiyac problemi de zlmektedir. Bu

metotla topraktaki fosfor miktar %20 orannda artrlmaktadr . (2005 M.ztrk).


10- LTERATR ARATIRMASI

1 spanyada L.Castrillon , I.Vazquez , E.Maranon ve H.Sastre nin yapt yukar

akl anaerobik amur reaktrde (YAYR) sr gbresinin anaerobik artm balkl

alma ; 55 0C de termofilik ortamda sr gbresi 1mm lik bir filtreden geirilerek,

22,5,16 , 10,6 , 8,9 , ve 7,3 olmak zere farkl hidrolik bekletme sreleri (HBS)

uygulanarak , ticari olarak hem en ekonomik hem de en verimli reaktr olan yukar akl

anaerobik amur reaktrde gerekletirilmitir. almada kullanlan gbre iin kimyasal

oksijen ihtiyacnn termofilik artm iin 33,382 ile 45,513 mgO / l arasnda olduu ve

en yksek kimyasal oksijen ihtiyac (KO) deiiminin HBS nin 22,5 gn olduu

deneyde % 79,7 olarak belirlenmitir. Daha sonra elde edilen sonular nceden

mesofilik ortamda yaplan deney sonular ile karlatrldnda KO deiiminin nin

mesofilik ortamda daha fazla olduu grlmtr. Sonu olarak mesofilik artmn daha

avantajl olduu sonucuna ulalmtr.

2- Rusyada S.Kalyuzhnyi , V.Sklyar , V.Fedorovich , A.Kovalev ve A.Nozhevnikova

nn yapt almanon ayrntlar yledir . Deneyde YAY reaktrde 350C de mezofilik

artlarda ayr ayr sr,domuz ve tavuk gbresinin sulandrlm halde ,hibir kartrma

ve geri dnm ilemi olmadan anaerobik artmlar HBS 1 gn olarak yaplmtr .

Organik madde ykleme hz (OYH) gnde enfazla , sr iin 6 g KO / l , tavuk ve

domuz gbresi iin ise 12 g KO / l olmutur. Bu artlarda toplam KO azalmas sr

gbresi iin ; % 42 , tavuk veya domuz gbresi iin % 75 olmutur. Deney sonunda sr

gbresinden % 41,5 KO azalmas ile % 86 orannda metan, domuz gbresinden % 77

KO azalmas ile % 77 orannda metan gaz , tavuk gbresinden ise %75 KO azalmas


ile % 79 orannda metan gaz elde edilmitir. Tm bu sonulara baklarak da biyogaz

retimi iin en uygun gbrenin sr gbresi olduuna karar verilebilir.

3- Trkiyede Gamze Gngr Demirci ve Gksel Demirer in yapm olduu almann

amac ;tavuk ve sr gbresinin birlikte anaerobik artmna balang KO deriiminin

,scakln ve mikrobiyal altrmann etkisini incelemektir. Bunun iin farkl oranlarda

sr ve tavuk gbresi ieren( % 100 tavuk , %75 tavuk-%25 sr , %50 tavuk-%50 sr ,

%25 tavuk - %75 sr ve % 100 sr gbresi) karm 35 0C de mezofilik artlarda ve 2

farkl balang KO deerleri (12,000 ve 53,500 mg / l) ile batch reaktrde artma tabi

tutulmutur. Deney sonunda KO 12,000 iken toplam KO deiimi % 32-43,3 , KO

53,500 iken KO deiimi %37,39 50 olarak bulunmutur. Biyogaz verimi ise

balang KO deerleri 12,000 ve 53,500 iken sras ile 180-270 , 223-368 ml gas / g

KO olarak bulunmutur. Ayrca balang KO deeri 53,500 iken karmdaki tavuk

gbresi oran ykseldike biyogaz veriminin dt gzlenmitir. Deney atmosfer

scaklnda yapldnda mezofilik artlara gre ve mikrobiyal altrma yaplmadnda

biyogaz veriminde d gzlenmitir.

4- Msrda Hamed M. El-Mashad , Grietje Zeeman , Wilko K.P , Gerard P.A .Bot

tarafndan yaplan almann amac ; scaklk deiiminin artma etkisini incelemektir.

Deney ; 50 ve 60 0C de sr gbresinin tam kartrmal reaktrde 10 gn hidrolik

bekletme sresi uygulanarak artm yaplmtr. Deney sonuclar incelendiinde scaklk

arttka hidroliz olaynn yavalad , NH3 deriiminin arttt ve buna bal olarak da

asidojenik ve metanojenik bakterilerin faaliyetleri olumsuz ynde etkilenmitir.


5- ABDde D.R.Vartak , Engler, M.J.Mc. Farland n yapt almann amac ; hayvan

gbresinin anaerobik sakrofilik artmnda film reaktrlerin performansn incelemektir.

Bunun iin evresel ortamda 34 ve 100C arasnda 8 tane artm yaplmtr. Bu

reaktrlerden 2 tanesi kire ta ile , 2 tanesi polyester madde ile , 2 tanesi hem kire ta

hem polyester madde ile , 2 tanesi ise paketlenmeden altrlmtr. Artma 37 0C da

balanp scaklk yava yava 10 0C ye drlmtr. Ve bu scaklkta 5 hafta

beklenmitir. Metan oluumunda 37 0C de gzenekli yapya sahip olan polyester

maddenin byk yarar olmutur. Yani sadece polyester kaplandnda dierlerine gre

daha ok metan gaz elde edilmitir. Gzenekli yap sayesinde yksek mikrobiyal

populasyonun alkonulmasna imkan domutur.

6- ABDde Khursheed Karim , Rebecca Hoffman , Thomas Klasson un yapt almada

labaratuvar artlarnda kartrma eklinin biyogaz retimine etkisi incelenmitir. Inek

gbresinin toplam kat (TK) deriimlerinin %5 , %10 ve % 15 olduu halleri

kullanlarak 3 set deney yaplmtr. Deney 35 0C de mezofilik , HBS nin 16,2 ve TK

miktarlarnn %5, %10 ve %15 iken srasyla 3,1 , 6,2 , ve 9,3 g/l olduu durumlarda

yaplmtr. Sonular incelendiinde TK % 5 iken kartrmann kartrlmayan deneyin

benzerlikler gsterdii ve biyogaz veriminin %0,84 0,94 olduu grlmektedir.

Ancak TK % 10 ve 15 iken kartrldnda kartrlmadan yaplan artma gre % 10-

30 orannda daha fazla biyogaz elde edilmitir. Balangta kartrmann yaplmas pH

dmesine , kararszla ve uzun balama sresine neden olduu grlmtr.


11. SONU VE NERLER Yaplan literatr aratrmalar gsteriyor ki byk ba hayvan gbresinden en verimli

ekilde biyogaz elde edebilmek iin ; mezofilik bakteriler kullanarak 25-38 0C arasnda ,

hem en ekonomik hem de en verimli reaktr olan yukar akl amur yatak reaktrde pH

aral olarak 6,8 -8,2 artlarn uygulamak gereklidir. Bu artm iin YAY reaktre de

uygun olan 3-6 kg KO / m3 kirlilik konsantrasyonuna sahip atk ve 20 gnlk HBS

kullanlmaldr.


KAYNAKLAR Prof. Dr. M ZTRK , 2005 , Hayvan Gbresinden Biyogaz Eldesi' , Ankara

http://www.enerji.gov.tr/biyogaz.htm http://www.eie.gov.tr/biyogaz

http://www.uasb.org

bi̇o gaz Üreti̇mi̇

Documents