Investigating the effects of operational parameters on photofermentation in batch and semi-batch reactors and the applications of photofermentation in multi-stage energy systems
Kesikli ve yarı kesikli reaktörlerde işletme parametrelerinin fotofermantasyon üzerindeki etkilerinin ve çok aşamalı enerji sistemlerinde fotofermantasyon uygulamalarının araştırılması
- Tez No: 505170
- Danışmanlar: DOÇ. DR. TUBA HANDE BAYRAMOĞLU, PROF. DR. UFUK GÜNDÜZ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Biyoteknoloji, Biotechnology
- Anahtar Kelimeler: Biyohidrojen, Fotofermantasyon, Hidrojen Üretim Hızı, Hidrolik Bekletme Süresi, Rhodobacter capsulatus, Substrat Biyokütle (S/Xo) Oranı, Biohydrogen, Photofermentation, Hydrogen Production Rate, Hydraulic Retention Time, Rhodobacter capsulatus, Substrate to Biomass (S/Xo) Ratio
- Yıl: 2018
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 162
Özet
Bu yüksek lisans tezinin amacı, kesikli ve yarı kesikli reaktörlerde işletme parametrelerinin fotofermantasyon üzerindeki etkilerinin araştılması ve tüm sistemden elde edilen toplam enerjiyi artırma girişimi olarak çok aşamalı enerji sistemlerinde fotofermantasyon uygulamasının incelenmesidir. Set-1, Set-2, Set-3 ve Set-4 olmak üzere dört set kurulmuştur. Set-1'de, başlangıç substrat derişimi (S), başlangıç uçucu askıda katı madde (UAKM) derişimi ve ışık şiddeti olmak üzere hidrojen üretimini tek aşamalı sistemde maksimum seviyeye getirecek üç işletme parametresi Tepki Yüzey Metodu (TYM) ile optimize edilmiştir. Sonuçlar, 1,04 mmol H2 / L.saat değerindeki en yüksek hidrojen üretim hızının, 35,35 mM HAc (asetik asit) başlangıç substrat derişimi, 0,27 g UAKM/L başlangıç biyokütle (Rhodobacter capsulatus) derişimi ve 3955 lux (263,6 W) ışık şiddetindeki optimum değerlerde elde edildiğini ortaya koymuştur. En yüksek hidrojen üretim hızını sağlayacak S/Xo oranı 8,3 g KOİHAc/g UAKM (7,7 g asetat/g UAKM) olmaktadır. Deneysel olarak elde edilen en yüksek hidrojen verimi 0.11 g H2/g asetat (3.3 mol H2/mol asetat)'tır. İki aşamalı karanlık fermantasyon ve fotofermantasyon sisteminin ikinci aşaması olarak fotofermantasyonun incelendiği Set-2, hidrojen üretim hızı ve veriminin sırasıyla 0,48±08 mmol H2/L ve 1,61 ± 0,24 mol H2/mol asetat (0,054 g H2/g asetat) olarak elde edildiğini göstermiştir. Sonuçlar, fotofermentasyon reaktörlerinin, karanlık fermantatif ardışık kesikli reaktörün (AKR) işletme modundan önemli ölçüde etkilendiğini gösterdi. Karanlık fermantasyon, metanojenez ve fotofermentasyon işlemlerinden oluşan üç aşamalı bir sistemin üçüncü aşaması olarak fotofermentasyonu araştıran Set-3, en yüksek hidrojen üretim hızının ve hidrojen veriminin, sırasıyla 0,10±0,005 mmol H2/L.saat ve 0,032±0,001 g H2/g asetat (0.95±0.03 mol H2/mol asetat)olarak gözlendiğini gösterdi. Üç aşamalı sistemde yarı-kesikli reaktörlerde en yüksek fotofermantatif hidrojen üretim hızına yol açan optimum hidrolik bekletme süresini (HBS) araştırıldığı Set-4, en yüksek hidrojen üretim hızının (0.041 mmol H2/L.h) HBS değerinin 4 günde gözlendiğini ortaya koymuştur. Bu tez çalışmasının sonuçlarının, daha yüksek hızlarda fotofermantatif hidrojen üretimi için fotobiyoreaktör tasarımları ve çalışma koşulları açısından yararlı olacağına inanılmaktadır. Optimizasyon çalışmasında elde edilen hidrojen üretim hızları ve verimleri oldukça yüksektir. Bu tezde çalışılan üçüncü aşama fotofermantasyon ve üç aşamalı sistemlerin her ikisi de, literatürde bugüne kadar incelenmemiş olup, birim substrat başına enerji verimini artırmada umut verici olduğuna inanılmaktadır ve gelecekteki çalışmalar için ön bilgi sağlayacaktır.
Özet (Çeviri)
The aim of this master thesis study was to investigate the effects of operational parameters on photofermentation in batch and semi-batch reactors, and to research the application of photofermentation in multi-stage energy systems, the latter as an attempt to increase the total energy obtained from the whole system. Four sets were conducted, namely, Set-1, Set-2, Set-3 and Set-4. Three operational parameters, namely, initial substrate (S) concentration, initial volatile suspended solids (VSS) concentration (Xo, biomass) and the light intensity leading to the maximization of hydrogen production in a single stage were optimized by Response Surface Methodology (RSM) in Set-1. Results revealed that the highest (optimized) hydrogen production rate of 1.04 mmol H2/L.h was achieved at the initial optimum values of 35.35 mM acetic acid concentration, 0.27 g VSS/L (Rhodobacter capsulatus) concentration and 3955 lux (263.6 W/m2) light intensity. The substrate to biomass (S/Xo) ratio providing the highest hydrogen production rate was 8.3 g CODHAc/g VSS (7.7 g acetate/g VSS). Experimentally highest hydrogen yield obtained was 0.11 g H2/g acetate (3.3 mol H2/mol acetate). Set-2, where photofermentation was studied as the second-stage of a two-stage dark fermentation and photofermentation system, revealed that the hydrogen production rate and yield obtained were 0.48±0.08 mmol H2/L.h and 1.61±0.24 mol H2/mol acetate (0.054 g H2/g acetate), respectively. Set-3, where photofermentation was investigated as the third-stage of a three-stage system composed of dark fermentation, methanogenesis and photofermentation processes, revealed that the highest hydrogen production rate and yield were 0.10±0.005 mmol H2/L.h and 0.032±0.001 g H2/g acetate (0.95±0.03 mol H2/mol acetate), respectively. Set-4, where the optimum hydraulic retention time (HRT) leading to the highest photofermentative hydrogen production rate in semi-batch reactors in a three-stage system was investigated, revealed that the highest hydrogen production rate (0.041 mmol H2/L.h) was observed at 4 day-HRT. The results of this thesis study might be beneficial in photobioreactor designs and operation with greater photofermentative hydrogen production rates. The hydrogen production rates and yields obtained in the optimization study were considerably high. Both the third-stage photofermentation studied in this thesis and three-stage systems, which are not studied so far, are believed to be promising in increasing the energy yield per unit substrate and will provide a preliminary knowledge for future studies.
Benzer Tezler
- İklimlendirme sisteminde farklı çalışma parametrelerinin ürün performansı üzerindeki etkilerinin incelenmesi
Investigation of the effects of different operational parameters in air conditioning system on product performance
ATILCAN ŞİMŞEK
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MURAT ÇAKAN
- Açık ocak üretim yöntemi ile üretim yapacak olan bir maden ocağının üretim planlamasının optimizasyonu
Production scheduling optimisation of an open pit mine
KÜRŞAT HASÖZDEMİR
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Maden Mühendisliği ve Madencilikİstanbul Teknik ÜniversitesiMaden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SELAMET GÜRBÜZ ERÇELEBİ
- Çarpmalı jet ve rib kullanımının kanal yüzeyindeki soğutma performansına etkilerinin araştırılması
Investigating the effect of impinging jet and rib usage on the cooling performance of the channel surface
ORHAN YALÇINKAYA
- Investigating the relationship between adverse events and infrastructure development in an active war theater using soft computing techniques
Başlık çevirisi yok
ERMAN ÇAKIT
Doktora
İngilizce
2013
Endüstri ve Endüstri MühendisliğiUniversity of Central FloridaDR. WALDEMAR KARWOWSKI
- Güç sistemlerinde rüzgar enerjisi ile üretimin küçük işaret kararlılığına etkilerinin deterministik ve olasılıksal olarak incelenmesi
Deterministic and probabilistic studies of the effects of wind power generation in power systems on small-signal stability
İBRAHİM GÜRSU TEKDEMİR
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. V. M. İSTEMİHAN GENÇ