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*X3

2

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*X2

2 -

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 : 912.1.086 Anahtar kelimeler : Anaerobik arıtım, tavuk dışkısı, aşı, istatiksel analiz Sayfa Adedi : 106 Tez Yöneticisi : 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*X3

2

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 X3

2

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 1000-

1500 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 % 60-

70 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

(L/kg)

Metan oranı

(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

Karbondioksit

Hidrojensülfür

Azot

Su buharı

Hidrojen gazı

CH4

CO2

H2S

N2

H2O

H2

60-70

30-40

0-2

Eser miktarda

Eser miktarda

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

Tamamen kurutulmuş 0 4,0 2,3-5,2 2,3-2,8

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

Mezofilik

Termofilik

5-25 oC

25-37 oC

40-60 oC

100

20

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

Çözünmüş H2S, HS-, S2-

Na

K

Ca2+

CN-

Alkil benzen sülfonat

1500-2000*

100-150

4000-6000

3000-5000

3000-5000

0,5-1

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 Kapasite

(m3) Reaktör

Tekstil Mensucat Santral

Edirne 1988 UASB

Kağıt Modern Karton

Çorlu 1991 9000 ACR

Kağıt Modern Karton

Çorlu 2000 ? EGSB

Maya Mauri Bandırma 22000 Pakmaya İzmit 1984 13000 UASB Pakmaya Düzce 1991 19000 UASB Pakmaya K.Paşa 1988 UASB Patates Uzay Gıda İzmit 1998 600 UASB Patates Bolpat Bolu 1997 300 UASB Süt Tek Süt Gönen 300 UASB Süt Astosan Gönen 300 UASB Bira Güney

Biracılık Adana 1998 600 EGSB

Güney Biracılık

Ankara 1994 600 UASB

Erciyes Biracılık

Lüleburgaz 2000 ? EGSB

Ege Biracılık İzmir Devam ediyor

? EGSB

Alkol Tekel Çanakkale 1992 Tekel Paşabahçe 1993 140 UASB Tekel Tekirdağ 140 UASB Sitrik Asit Fürsan İzmit 1987 2800 ACR Dondurma Unilever-

Algıda Çorlu 1993 290 AF

Çamur Çürütme

İSKİ Tuzla/İST Devam ediyor

60000 Çamur Çürütme

Depone İSKİ Kemerburgaz Çamur Çürütme

ASKİ Ankara ? 10000 Çamur Çürütme

Süt SEK İstanbul UASB Sentetik Elyaf-DMT üretimi

SASA Adana 1999 2000 EGSB

Mısır Nişasta Cargill Orhangazi 1998 EGSB Gıda Kent Gıda Gebze 2002 1000 AF Gıda Aromsa Gebze 2000 30 UASB Şeker Ereğli Ereğli 8000 ANAMET

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 Y = f (x) = β0 + ∑ βiXi + ∑ ∑ βijXiXj + є i=1 i<j

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 Xi

2 + 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+ β4X1

2+ β5X22+ β6X3

2+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

sayısı, k

2 3 4 5 5 6 6 7 7

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

derecesi (df)

Karelerin

toplamı (KT)

Karelerin oranı

(KO)

F

Model f3 MKT

MKT / f3 MKO / HKO

Hata f2 HKT HKT / f2

Toplam f1 THKT THKT/ f1

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 oC, 35 oC, 40 oC, 45 oC 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 l-

1reaktör 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 0C’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 0C – 37 0C 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 Aralık ve Seviyeleri -α -1 0 +1 + α Sıcaklık, oC 31,64 33 35 37 38,36 pH 6,16 6,5 7,0 7,5 7,84 Katı madde yüzdesi (ağ./ağ.) 2,95 5 8 11 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

No U1 U2 U3

X1

(Sıcaklık, 0C)

X2

(pH)

X3

(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 yapılarak hazırlanan çözeltilerin spekrofotometrede

absorbans değerleri okunur.

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) = ))((

.).)(( 3

lVCaCOağeşmlA

süzüntü

×

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 = 500]15,0)66,15

[( ×−×− AB

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

no

Gaz hacmi (mL)

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

No

Sıcaklık

(oC)

pH Katı

yüzdesi

(ağ./ağ.)

Gaz oluşum hızları

(mL / g katı atık.gün)

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 + 0,39X2

2 – 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 X1

2 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

derecesi (df)

Karelerin

Toplamı (KT)

Karelerin oranı

(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*X3

2

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

(oC)

pH Katı

yüzdesi

(ağ./ağ.)

Deneysel olarak

bulunan Y1

(mL/g katı atık.gün)

Modelden hesaplanan

Y1

(mL/g katı atık.gün)

Hata

%

1 35,00 7,00 8,00 6,92 6,99 1,06 2 37,00 7,50 11,00 6,06 5,32 12,22 3 35,00 7,00 13,05 4,24 3,47 18,18 4 35,00 7,00 8,00 6,92 6,99 1,07 5 37,00 7,50 5,00 9,60 9,1 5,21 6 33,00 6,50 11,00 8,18 8,78 7,31 7 35,00 7,00 2,95 3,62 4,24 17,26 8 37,00 6,50 5,00 9,87 9,38 4,93 9 37,00 6,50 11,00 7,76 8,69 12,02 10 35,00 7,00 8,00 7,17 6,99 2,47 11 35,00 7,84 8,00 5,17 6,09 17,87 12 35,00 6,16 8,00 1,17 10,10 9,55 13 38,36 7,00 8,00 10,41 10,94 5,02 14 31,64 7,00 8,00 7,83 7,16 8,60 15 35,00 7,00 8,00 6,83 6,99 2,29 16 35,00 7,00 8,00 7,17 6,99 2,46 17 33,00 7,50 11,00 3,70 4,29 16,04 18 33,00 7,50 5,00 5,33 4,51 15,44 19 35,00 7,00 8,00 6,92 6,99 1,06 20 33,00 6,50 5,00 5,07 5,91 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

33.00

34.00

35.00

36.00

37.00

6.50

6.75

7.00

7.25

7.50

5.5

6.675

7.85

9.025

10.2

Gaz

olu

sum

hiz

i

A: Sicaklik B: pH

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.

33.00 34.00 35.00 36.00 37.00

6.50

6.75

7.00

7.25

7.50Gaz olusum hizi

A: Sicaklik

B: p

H

6.27885

7.0568

7.83475

8.61269

9.39064

Prediction 10.1685

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.

33.00

34.00

35.00

36.00

37.00

5.00

6.50

8.00

9.50

11.00

5

6.3

7.6

8.9

10.2

Gaz

olu

sum

hiz

i

A: Sicaklik C: Kati Yüzdesi

Şekil 2.17. Gaz oluşum hızına katı yüzdesi ve sıcaklığın etkisi

33.00 34.00 35.00 36.00 37.00

5.00

6.50

8.00

9.50

11.00Gaz olusum hizi

A: Sicaklik

C: K

ati Y

üzde

si

6.62184

7.33117

8.0405

8.74983

8.74983

9.45915Prediction 10.1685

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.

6.50

6.75

7.00

7.25

7.50

5.00

6.50

8.00

9.50

11.00

5.3

6.525

7.75

8.975

10.2

Gaz

olu

sum

hiz

i

B: pH C: Kati Yüzdesi

Şekil 2.19. Gaz oluşum hızına katı yüzdesi ve pH’ın etkisi

6.50 6.75 7.00 7.25 7.50

5.00

6.50

8.00

9.50

11.00Gaz olusum hizi

B: pH

C: K

ati Y

üzde

si

6.12893

6.93685

7.74477

8.55269

9.36061

Prediction 10.1685

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)

(mg KOİ/L )

KOİ(24.saat)

(mg KOİ/L)

KOİ giderimi

%

KOİ giderim hızı (Y2)

(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*X2

2 –

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, X2

2, 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

derecesi (df)

Karelerin

Toplamı (KT)

Karelerin oranı

(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

(oC)

pH Katı

yüzdesi

(ağ./ağ.)

Deneysel olarak bulunan Y2

(mg KOİ/L.g katı atık.gün)

Modelden hesaplanan Y2

(mg KOİ/L.g katı atık.gün)

Hata

%

1 35,00 7,00 8,00 330,5 360,3 8,99 2 37,00 7,50 11,00 255,5 238,1 6,80 3 35,00 7,00 13,05 110,8 122,2 10,29 4 35,00 7,00 8,00 380,7 360,3 5,37 5 37,00 7,50 5,00 168,7 195,2 15,69 6 33,00 6,50 11,00 144,7 126,5 12,59 7 35,00 7,00 2,95 267,5 244,4 8,63 8 37,00 6,50 5,00 183,9 186,1 1,18 9 37,00 6,50 11,00 130,4 147,5 13,07 10 35,00 7,00 8,00 355,4 360,3 1,36 11 35,00 7,84 8,00 122,7 122,9 0,15 12 35,00 6,16 8,00 205,8 193,9 5,76 13 38,36 7,00 8,00 253,3 240,4 5,07 14 31,64 7,00 8,00 174,9 176,1 0,67 15 35,00 7,00 8,00 360,0 360,3 0,06 16 35,00 7,00 8,00 367,4 360,3 1,95 17 33,00 7,50 11,00 26,8 32,9 22,69 18 33,00 7,50 5,00 148,5 139,7 5,93 19 35,00 7,00 8,00 365,4 360,3 1,40 20 33,00 6,50 5,00 289,1 314,8 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 0C, 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.

33.00

34.00

35.00

36.00

37.00

6.50

6.75

7.00

7.25

7.50

150

205

260

315

370

KO

i Gid

erim

i

A: Sicaklik B: pH

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

33.00 34.00 35.00 36.00 37.00

6.50

6.75

7.00

7.25

7.50KOi Giderimi

A: Sicaklik

B: p

H

229.137

263.888

263.888

298.639

298.639

333.39

Prediction 368.169

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.

33.00

34.00

35.00

36.00

37.00

5.00

6.50

8.00

9.50

11.00

150

205

260

315

370

KO

i Gid

erim

i

A: Sicaklik C: Kati Yüzdesi

Şekil 2.24. KOİ giderim hızı üzerine sıcaklık ve katı yüzdesinin etkisi

86

33.00 34.00 35.00 36.00 37.00

5.00

6.50

8.00

9.50

11.00KOi Giderimi

A: Sicaklik

C: K

ati Y

üzde

si

192.676227.766

262.855

297.945

297.945

333.035

Prediction 368.169

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.

6.50

6.75

7.00

7.25

7.50

5.00

6.50

8.00

9.50

11.00

180

227.5

275

322.5

370

KO

i Gid

erim

i

B: pH C: Kati Yüzdesi

Şekil 2.26. KOİ giderim hızı üzerine pH ve katı yüzdesinin etkisi

87

6.50 6.75 7.00 7.25 7.50

5.00

6.50

8.00

9.50

11.00KOi Giderimi

B: pH

C: K

ati Y

üzde

si

217.054

247.272

247.272247.272

277.489307.707

337.925

Prediction 368.169

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 – 0,48X2

2 – 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 X2

2’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

derecesi (df)

Karelerin

Toplamı (KT)

Karelerin oranı

(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 X2

2 ) 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

(oC)

pH Katı

yüzdesi

(ağ./ağ.)

Deneysel olarak

bulunan Y3

(mg/L.g katı atık.sa)

Modelden hesaplanan

Y3

(mg/L.g katı atık.sa)

Hata

%

1 35,00 7,00 8,00 33,51 32,19 3,94 2 37,00 7,50 11,00 35,03 34,57 1,31 3 35,00 7,00 13,05 30,70 30,53 0,55 4 35,00 7,00 8,00 33,06 32,19 2,63 5 37,00 7,50 5,00 32,56 32,26 0,92 6 33,00 6,50 11,00 28,08 28,33 0,89 7 35,00 7,00 2,95 27,96 28,19 0,82 8 37,00 6,50 5,00 30,28 29,62 2,18 9 37,00 6,50 11,00 30,23 30,07 0,53 10 35,00 7,00 8,00 32,26 32,19 0,22 11 35,00 7,84 8,00 33,26 33,25 0,03 12 35,00 6,16 8,00 28,33 28,40 0,25 13 38,36 7,00 8,00 32,47 33,39 2,83 14 31,64 7,00 8,00 30,14 29,29 2,82 15 35,00 7,00 8,00 30,38 32,19 5,96 16 35,00 7,00 8,00 30,97 32,19 3,94 17 33,00 7,50 11,00 30,83 31,45 2,01 18 33,00 7,50 5,00 29,00 29,12 0,41 19 35,00 7,00 8,00 32,99 32,19 2,42 20 33,00 6,50 5,00 27,44 27,85 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.

33.00

34.00

35.00

36.00

37.00

6.50

6.75

7.00

7.25

7.50

28.8

30.3

31.8

33.3

34.8

Ase

tik A

sit o

lusu

m h

izi

A: Sicaklik B: pH

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

33.00 34.00 35.00 36.00 37.00

6.50

6.75

7.00

7.25

7.50Asetik Asit olusum hizi

A: Sicaklik

B: p

H

29.8735

30.8485

31.8235

32.7984

33.7734

Prediction 34.7483

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

33.00

34.00

35.00

36.00

37.00

5.00

6.50

8.00

9.50

11.00

29

30.525

32.05

33.575

35.1

Ase

tik A

sit o

lusu

m h

izi

A: Sicaklik C: Kati Yüzdesi

Şekil 2.31. Asetik asit oluşum hızı üzerine katı yüzdesi ve sıcaklığın etkisi

33.00 34.00 35.00 36.00 37.00

5.00

6.50

8.00

9.50

11.00Asetik Asit olusum hizi

A: Sicaklik

C: K

ati Y

üzde

si

30.0552

30.9937

31.9322

32.8707

33.8093

Prediction 34.7483

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.

6.50

6.75

7.00

7.25

7.50

5.00

6.50

8.00

9.50

11.00

29.6

30.975

32.35

33.725

35.1

Ase

tik A

sit o

lusu

m h

izi

B: pH C: Kati Yüzdesi

Şekil 2.33. Asetik asit oluşum hızına katı yüzdesi ve pH’ın etkisi

6.50 6.75 7.00 7.25 7.50

5.00

6.50

8.00

9.50

11.00Asetik Asit olusum hizi

B: pH

C: K

ati Y

üzde

si

30.4708

31.3262

32.1816

33.037

33.8924

Prediction 34.7483

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)

(10,17 mL/g katı atık.gün)

37 6,5 7,54

KOİ giderim hızı (Y2)

(368,17 mg KOİ/L.g katı atık.gün)

35 6,9 7,01

Asetik asit oluşum hızı (Y3)

(34,75 mg/L.g katı atık.saat)

37 7,5 9,73

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*X3

2

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*X2

2 -

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 agro-industrial 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: 1301-1311 (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 co-

digestion 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)

Karşılık gelen KOİ değerleri (mg / l)

Okunan absorbans değerleri

85.03 100 0.041 170.1 200 0.093 255.1 300 0.138 340.1 400 0.188 425.2 500 0.229 510.2 600 0.273 595.2 700 0.317 680.3 800 0.363 765.3 900 0.411 850.34 1000 0.447

KOİ Kalibrasyon Eğrisi

y = 2217,4x - 4,3429R2 = 0,9993

0

200

400

600

800

1000

1200

0,000 0,100 0,200 0,300 0,400 0,500

Absorbans

KOİ (

mg/

l)

Şekil1.1. KOİ kalibrasyon eğrisi

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 : msekinci@gazi.edu.tr.

Eğitim Eğitim birimi Mezuniyet tarihi Derece Lisans Gazi Üniversitesi/ Kimya Müh. Bölümü 2004

Lise Mehmetçik Lisesi 1999

İş Deneyimi Yıl Yer Görev

2005- Gazi Üniversitesi Araştırma Görevlisi

Yabancı Dil

İngilizce

Hobiler

Masa tenisi, yüzme