Enhancement of biomethane production from cattle manure digestion via granular activated carbon amendment
Granül aktif karbon eklenmesiyle sığır gübresinin çürütülmesinden biyoetan üretiminin artırılması
- Tez No: 771631
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ YASEMİN DİLŞAD YILMAZEL TOKEL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Çevre Mühendisliği, Environmental Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 172
Özet
Bu çalışmada granüler aktif karbon (GAK) uygulamasının sığır gübresinin anaerobik çürütme (AÇ) süreci üzerindeki etkisini aratştırdık. İlk olarak, bazal besiyerin varlığının sığır gübresi üzerindeki etkisi değerlendirilmiştir. Bazal besiyeri ilavesinin metan verimini azalttığı ve reaktör başlama süresini artırdığı gözlendi. Daha sonra, metal bazlı iletken madde, hematit (Fe2O3) ve karbon bazlı iletken madde olan, GAK, sığır gübresi çürütülmesinin artırılması için reaktörlere eklendi. Bu iki iletken maddenin kıyaslanmasından, daha yüksek perfromans sağladığı için GAK bu çalışmada kullanılmak üzere seçilmiştir. GAK eklenmesinin etkilerini incelemek için optimum dozaj deneysel olarak 40 g/L olarak belirlendi. Ayrıca, GAK uygulaması mezofilik (35 oC) sığır gübresi çürütülmesinde hem karıştırma varken hem de karıştırma olmadan iki farklı besin-aşı oranı (1 ve 3) sağlanarak kesikli reaktörlerde incelenmiştir. Deneysel testlerde, biyokütlenin tutunabilmesi için ekstra yüzey alanı sağlanmasının etkisi GAK ile benzer boyutta kum parçacıklarının kontrol reaktörlerine eklenmesiyle incelenmiştir. GAK ilavesi karıştırma uygulandığında B/A oranı 1 olduğunda metan verimliliğini %28 artırmıştır. Kum parçacıklarının eklenmesi ile ise bu artış kontrol reaktörüne kıyasla %6'da kalmıştır. Karıştırma uygulandığında daha fazla artış B/A oranı 3'ken elde edilmiştir. GAK viii uygulanan reaktörde metan verimliliği kontrolden %71 daha yüksekken, kum parçacıklarının eklenmesi verimliliği kontrol reaktörüne kıyasla yalnızca %15 artırmıştır. Bu, performans artışının yalnızca sağlanan ekstra yüzey alanından kaynaklanmadığı ve iletken maddenin varlığına atfedilebileceği anlamına gelir. Ayrıca, psikrofilik sıcaklıkta (~18 oC) GAK uygulamasının etkisini de araştırdık. GAK uygulaması metan verimliliğini kontrol reaktörlerine kıyasla B/A oranın 1 ve 3 olduğu koşullarda sırasıyla %12 ve %26 artırmıştır. Ek olarak, BioGAK olarak adlandırdığımız önceden üzerinde biyokütle oluşturulmuş GAK'ın psikrofilik sığır gübresi çürütülmesi üzerindeki etkisi de incelenmiştir. BioGAK uygulaması metan verimliliğini kontrol reaktörlerine kıyasla B/A oranın 1 ve 3 olduğu koşullarda sırasıyla %21 ve %33 artırmıştır. GAK ve kum uygulamaları karşılaştırıldığında, türler arası doğrudan elektron transferi (TADET) mekanizmasına katkısı nedeniyle GAK eklenen reaktörlerde daha fazla performans artışı gözlemlenmiştir. Bu sonuçlar döngüsel voltametri (DV) analizi ile de desteklenmiştir. Son olarak, psikrofilik reaktörlerde bulunan temel mikroorganizmaların tanımlanabilmesi için 16S ribozomal RNA bazlı yöntemler kullanılmıştır.
Özet (Çeviri)
In this study we investigated the impact of granular activated carbon (GAC) application on anaerobic digestion (AD) process of cattle manure. Firstly, the effect of the presence of basal medium on cattle manure digestion was evaluated. It was observed that basal medium addition decreased methane yield and increased lag time. Then, for the enhanced cattle manure digestion, a metal-based conductive material, hematite (Fe2O3), and carbon-based material, GAC, were amended into the reactors. From the comparison of these two conductive materials, GAC was selected to be used in this study because of the higher performance in methane production. To study, amendment of GAC the optimum dosage was determined as 40 g/L experimentally. Further, the impact of GAC application on mesophilic (T = 35 oC) cattle manure digestion was investigated under both mixing and no mixing conditions and at two different food-to-microorganism (F/M) ratios of 1 and 3 in batch reactors. In the experimental tests, sand particle of similar size as in GAC were also added into the control reactors to assess the impact of supplying extra surface area for biomass attachment. The application of GAC increased the methane yield (139.0 ml CH4/g VSadded) by 28% at F/M ratio of 1 under mixing condition. While the enhancement in methane yield by sand amendment (115.6 ml CH4/g VSadded) was vi limited to 6% as compared to the Control1-mix (109.3 ml CH4/g VSadded). A higher increase was attained at F/M ratio of 3 under mixing conditions. In GAC amended reactor methane yield was 71% higher than the control, yet in sand amended reactor methane yield was only 15% higher than control. This implies that the performance enhancement in methane production and lag time is not merely due to surface area and can be attributed to the presence of conductive material. Further, we investigated the impact of GAC at psychrophilic temperature (~18 oC) conditions. GAC amendment increased methane yield by 12% and 26% in comparison to conventional anaerobic digestion reactor at F/M ratios of 1 and 3, respectively. Additionally, we have also investigated the impacts of biomass attached GAC, named as BioGAC, on the performance of psychrophilic manure digestion. BioGAC amendment enhanced methane yield by 21% and 33% compared to the control reactor at F/M ratio of 1 and 3, respectively. When GAC and sand applications were compared, higher increase in methane production was observed in GAC added reactors owing to its contribution to direct interspecies electron transfer (DIET) mechanism in the reactors. These results were also supported by cyclic voltammetry (CV) analysis. Finally, 16S ribosomal RNA based methods were used to identify the key microorganisms present in the psychrophilic reactors.
Benzer Tezler
- Biogas recovery during anaerobic treatment of lignocellulose-rich pollutants with high sulphate content: an investigation via innovative applications
Yüksek sülfat içerikli lignoselüloz bakımından zengin kirleticilerin havasız arıtımı sırasında biyogaz geri kazanımı: yenilikçi uygulamalarla bir araştırma
EDA YARSUR
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÇİĞDEM GÖMEÇ
- Effect of hydrodynamic cavitation process on biomethane potential of waste activated sludge
Hidrodinamik kavitasyon işleminin atık aktif çamurun biyometan potansiyeli üzerindeki etkisi
SERRA NUR MERDOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Çevre MühendisliğiMarmara ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BARIŞ ÇALLI
DR. ÖZGÜR DOĞAN
- Enhancement of biological treatment performance of saline wastewater by halophilic bacteria
Tuz içeren atıksuların biyolojik arıtma performansının halofilik bakteri ile arıtılması
ALİ RIZA DİNÇER
Doktora
İngilizce
1999
Çevre MühendisliğiDokuz Eylül ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FİKRET KARGI
- Kanatlı yüzeylerde ısı transferinin iyileştirilmesi
Enhancement of heat transfer on the surface with fins
UĞUR AKYOL
Yüksek Lisans
Türkçe
1998
Makine MühendisliğiAtatürk ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. KADİR BİLEN
- Çarpan hava jeti akışlarında ısı transferinin iyileştirilmesi
Enhancement of heat transfer in impinging air jets
HALUK KELEŞ
Doktora
Türkçe
2022
Makine MühendisliğiKaradeniz Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YÜCEL ÖZMEN