Anaerobik parçalanma prosesinin farklı sektörel atıklar için uygulanması
Application of anaerobic digestion process for different sectoral wastes
- Tez No: 612729
- Danışmanlar: PROF. DR. NURİYE ALTINAY PERENDECİ, PROF. DR. ERKAN ŞAHİNKAYA
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Çevre Mühendisliği, Environmental Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2020
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Akdeniz Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 217
Özet
Tez çalışmasının amacı, anaerobik parçalanma prosesinin sahip olduğu sınırlı sayıda dezavantajın, kombine prosesler ve yenilikçi teknolojiler uygulanarak ortadan kaldırılmasının sağlanmasıdır. Bu kapsamda, farklı substratlar için proses performansının geliştirilmesine yönelik üç farklı çalışma gerçekleştirilmiştir. İlk çalışmanın amacı; anaerobik parçalanma prosesinde hidroliz verimlerinin düşük olması nedeniyle metan üretim verimi düşük olan lignoselülozik atıklara ön arıtma uygulanarak metan üretim veriminin artırılmasıdır. Bu kapsamda, Antalya bölgesinde yoğun üretimi yapılan muz meyvesinin hasat döneminde oluşan muz hasat atıklarına termal alkali H2O2 ön arıtma uygulanmış ve metan üretim potansiyelinin artırılması için ön arıtma prosesinin optimizasyonu yapılmıştır. Termal alkali H2O2 ön arıtma prosesinin optimizasyonu sonucunda; 6 saat reaksiyon süresi, %2,73 H2O2 konsantrasyonu ve 50°C reaksiyon sıcaklığı koşulları optimum ön arıtma proses koşulları olarak tespit edilmiştir. Optimum ön arıtma koşullarında muamele edilen muz hasat atıklarının metan üretim verimi, ham muz hasat atıkları numunesine göre %40 artmıştır. Optimum ön arıtma proses koşulları için metan üretim modeli, metan üretiminde ham numuneye göre %43,2 oranında artış öngörmüştür. Termal alkali H2O2 ön arıtma prosesinin muz hasat atığının, bağ yapısı ve yüzey özelliklerinin değişmesinde etkili olduğu belirlenmiştir. Anaerobik parçalanma prosesi ile kombine edilen termal alkali H2O2 ön arıtmanın muz hasat atıklarından yenilenebilir enerji üretilerek değerlendirilmesinde efektif bir ön arıtma metodu olduğu düşünülmektedir. İkinci çalışmanın amacı; farklı organik atıkların nütrient içeriklerindeki eksiklik ve fazlalıkları nedeniyle anaerobik parçalanmada kurulamayan substrat dengesi ve nütrient eksikliğine bağlı düşük metan üretim veriminin, birlikte anaerobik parçalanma prosesi ile aşılmasıdır. Bu kapsamda, Antalya bölgesinde faaliyet gösteren alkollü içecek üretim tesisinin atıkları olan şilempe, üzüm posası ve anasonun birlikte anaerobik parçalanabilirlikleri incelenmiştir. Şilempe, üzüm posası ve anasonun karakterizasyon analizleri yapılmış, birlikte anaerobik parçalanabilirlikleri farklı substrat oranlarında incelenmiş ve kinetik modellemesi yapılarak substratların birlikte anaerobik parçalanmadaki rolleri atık yönetimi kavramı ile birlikte değerlendirilmiştir. Çalışma sonucunda, %70 şilempe ve %30 üzüm posası karışımı anaerobik parçalanma ile metan üretimi için hesaplanan α = 1.09 değeri ile en yüksek sinerjistik etkiyi göstermiştir. Atıkların anaerobik parçalanma prosesindeki kinetik katsayılarının belirlenmesi için deneysel metan üretim verimleri Modifiye Gompertz modeli, Cone modeli, Reaction Curve modeli ve Birinci Derece Kinetik model ile modellenmiştir. Kinetik modellerle deneysel metan üretim sonuçları yüksek determinasyon katsayıları (R2 = 0,91-0,99) ile başarıyla modellenmiştir. Çalışma sonucunda, %70 şilempe ve %30 üzüm posası karışımı için reaksiyon hız sabiti (k) 0.253-0,371 gün-1, gecikme fazı süresi (λ) 0,009-0,014 gün, maksimum metan üretim hızı (Rm) 37,4-48,9 mL CH4/gUKMeklenen olarak hesaplanmıştır. Birlikte anaerobik parçalanma prosesinin alkollü içecek üretim atıklarının değerlendirilmesinde uygun bir yaklaşım olduğu sonucuna ulaşılmıştır. Üçüncü çalışmanın amacı ise seyreltik atıksuların anaerobik parçalanma prosesi ile arıtılmasında gözlenen düşük metan üretiminin ve düşük biyokütle büyüme problemlerinin membran prosesler ile aşılmasının sağlanmasıdır. Bu kapsamda, sürekli AnMBR sisteminde evsel atıksuyun arıtılabilme performansı incelenmiştir. Çalışma sonucunda 23 saat hidrolik bekletme süresi ve 3 LMH akı ile 12 saat hidrolik bekletme süresi ve 5,7 LMH akıda ortalama %94,3 ve %93,2 KOİ giderim verimleri elde edilmiştir. Tüm işletme süresince elde edilen ortalama metan üretim verimi 200 mL CH4/gKOİ'dir. 121 gün süren işletme döneminde ölçülen trans membran basıncı değerleri 10 mbar ile 30 mbar arasında değişmiş olup tıkanma açısından problem yaratacak değerler gözlenmemiştir. Doktora tez çalışması kapsamında elde edilen çıktılar, anaerobik parçalanma prosesinin uygun çözümler ile Antalya ölçeğinde uygulanma potansiyeli olduğunu göstermektedir. Doktora tezi, anaerobik parçalanma prosesinin dezavantajlarını ortadan kaldırılmasında, yol gösterici nitelik taşımaktadır.
Özet (Çeviri)
The aim of the thesis study is to eliminate the limited number of disadvantages of the anaerobic digestion process by implementing combined processes and innovative technologies to anaerobic digestion. In this context, three different studies have been carried out to improve anaerobic digestion process performance for different substrates. The purpose of the first study is to enhance the methane production of lignocellulosic waste, which has low methane production potential in anaerobic digestion due to low hydrolysis efficiency, by the application of the pretreatment process. In this context, thermal alkaline H2O2 pretreatment was applied to the banana harvesting wastes formed during the harvesting period of the banana fruit, which is produced intensively in the Antalya region, and the process optimization of the pretreatment process was carried out to enhance the methane production potential. As a result of the optimization procedure of the thermal alkaline H2O2 pretreatment process; the reaction time of 6 hours, H2O2 concentration of 2.73% and reaction temperature of 50°C were determined as optimum pretreatment conditions. Methane production efficiency of banana harvesting wastes treated under optimum pretreatment conditions increased by 40% compared to raw banana harvesting wastes. The methane production model for the optimized pretreatment process conditions predicted a 43.2% increase in methane production compared to the raw sample. It has been determined that the thermal alkaline H2O2 pretreatment process is effective in changing the bond structure and surface properties of banana harvesting wastes. Thermal alkaline H2O2 pretreatment process combined with the anaerobic digestion is an effective pretreatment method for the production of renewable energy from banana harvesting wastes. The purpose of the second study is to overcome the low methane production potential due to nutrient deficiency and unbalanced nutrient content, which caused by the nutrient composition of different organic wastes, by the anaerobic digestion process. In this context, the anaerobic co-digestion performance of vinasse, pomace, and aniseed, which are the wastes of the alcoholic beverage production facility operating in the Antalya region, was investigated. Characterization analysis of vinasse, pomace and aniseed were performed, and anaerobic co-digestion performance was examined at different substrate ratios. The roles of substrates in anaerobic digestion were evaluated together with the concept of waste management. As a result of the study, the mixture of 70% vinasse and 30% pomace showed the highest synergistic effect with the calculated value of α=1.09 for the production of methane by anaerobic digestion. Experimental methane production potentials of wastes were modeled by Modified Gompertz model, Cone model, Reaction Curve model, and First Order Kinetic model to determine the kinetic coefficients of the wastes in the anaerobic digestion process. Experimental methane production results have been successfully modeled by kinetic models with high determination coefficients (R2=0.91-0.99). As a result of the modeling, reaction rate constant (k), lag phase (λ) and maximum methane production rate (Rm) were calculated as 0.253-0.371 days-1, 0.009-0.014 days, and 37.4-48 mL CH4/gVSadded, respectively for anaerobic digestion of 70% vinasse and 30% pomace mixture. It is concluded that an anaerobic co-digestion process is an appropriate approach for the evaluation of alcoholic beverage production wastes. The purpose of the third study is to overcome the low methane production and low biomass growth problems observed in the treatment of diluted wastewaters in anaerobic digestion by the application of membrane processes. In this context, the treatment performance of domestic wastewater in a continuous AnMBR system was examined. As a result of the study, average COD removal efficiencies were obtained as 94.3% and 93.2% for 23 hours hydraulic retention time with 3 LMH flux, and 12 hours hydraulic retention time with 5.7 LMH flux, respectively. The average methane production potential was measured 200 mL CH4/gKOI for the whole operation period. Transmembrane pressure values measured during the operating period of 121 days ranged between 10 mbar and 30 mbar, and no value observed that causes problems in terms of fouling. The outputs obtained within the scope of the doctoral thesis study show that the anaerobic digestion process has a potential to be applied in Antalya scale with appropriate solutions. The doctoral thesis provides a guidance and comprehensive understanding for elimination of disadvantages of the anaerobic digestion processes.
Benzer Tezler
- Sera atıklarından metan üretim veriminin artırılması için alkali hidrojen peroksit (AHP) ön arıtma prosesinin optimizasyonu
Optimization of pre-treatment process with alkaline hydrogen peroxide to improve the efficiency of methane production from greenhouse wastes
SEZEN GÖKGÖL
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
EnerjiAkdeniz ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. NURİYE ALTINAY PERENDECİ
- Effect of microwave pretreatment on fate of antimicrobials and conventional pollutants during anaerobic sludge digestion and biosolids quality for land application
Anaerobik çamur çürütme prosesinde uygulanan mikrodalga dezentegrasyon işleminin antimikrobiyallerin ve konvansiyonel kirleticilerin akıbetine ve arazi uygulaması için biyokatı kalitesine etkisi
GÖKÇE KOR BIÇAKCI
Doktora
İngilizce
2018
Biyoteknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EMİNE ÇOKGÖR
- Nanopartiküllerin evsel arıtma çamurlarının anaerobik parçalanabilirliği üzerine etkilerinin belirlenmesi
Determination of the effects of nanoparticles on anaerobic digestion of municipal waste activated sludge
ELÇİN KÖKDEMİR ÜNŞAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
BiyoteknolojiAkdeniz ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. NURİYE ALTINAY PERENDECİ
- Yüksek organik kirlilik içeren süt endüstrisi atıksularının farklı anaerobik reaktör konfigürasyonlarında arıtılması ve enerji üretilmesi
Treatment of high strength dairy industry wastewater and energy production in different anaerobic reactor configurations
KAYA ÇAKMAK
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Çevre MühendisliğiAkdeniz ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NURİYE ALTINAY PERENDECİ
- An integrated approach for methane enriched biogas production and nutrient recovery from nitrogen rich biomass
Azot içeriği yüksek atıklardan metan içeriği yüksek biyogaz üretimi ve besi geri kazanımı için entegre bir yaklaşım
ÖZLEM ŞENGÜR
Doktora
İngilizce
2024
Çevre MühendisliğiMarmara ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BARIŞ ÇALLI
DOÇ. DR. DENİZ AKGÜL