Modeling of PH controlled anaerobic fermentation of ultrasound pretreated sewage sludge
Ultrasoni̇k ön aritim uygulanmiş atik çamurun PH kontrollü anaerobi̇k fermentasyonunun modellenmesi̇
- Tez No: 931599
- Danışmanlar: PROF. DR. ADİLE EVREN TUĞTAŞ KARNABAT, DR. HATİCE YEŞİL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Çevre Mühendisliği, Environmental Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Marmara Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Çevre Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 96
Özet
Bu çalışma, ultrasonikasyon ile ön işlem görmüş arıtma çamurunun pH kontrollü anaerobik fermantasyonunun, modifiye“Anaerobic Digestion Model No.1”(ADM1) ile matematiksel modellenmesini içermektedir. Günümüzde çamur ön arıtımlı ya da pH kontrollü anaerobik fermantasyonun modellenmesinde önemli ilerlemeler kaydedilmiş olsa da, bu iki faktörün sinerjik etkilerini gösteren bir çalışma bulunmamaktadır. Bu çalışmada, asidik, kontrol (nötr) ve alkali koşullarda, hem ön arıtılmış hem de arıtılmamış çamurla işletilen yarı sürekli anaerobik fermantörlerden elde edilen deneysel veriler, model optimizasyonu için kullanılmıştır. ADM1'de yapılan temel değişiklikler arasında; tüm pH koşulları için parçalanma ve hidroliz hız sabitlerinin, asidik koşul için uçucu yağ asitlerinin tüketim hızlarının ve alkali koşul için amino asitlerin stokiyometrik katsayılarının optimizasyonu yer almaktadır. Modifiye edilen ADM1, tüm pH koşulları için uçucu yağ asidi (VFA) konsantrasyonlarını doğru bir şekilde tahmin etmiştir. Asidik, kontrol ve alkali koşullar için toplam VFA konsantrasyonları model simülasyonunun son gününde sırasıyla 0.24, 0.032 ve 0.49 kg COD/m3'ye ulaşarak, yine son günün deneysel toplam VFA konsantrasyon sonuçlarıyla (0.29, 0.032 ve 0.56 kg COD/m3) yakından uyum sağlamıştır. Modifiye edilen model, model simülasyonları ile deneysel veriler arasındaki tutarlılığı incelemek amacıyla bağımsız deney sonuçlarıyla doğrulanmıştır. Bu şekilde model, farklı pH seviyelerindeki fermantasyon süreçlerinin belirgin dinamiklerini ortaya koyabilmiş ve alkali koşul için deneysel ve simülasyon sonuçları arasında güçlü bir korelasyon sağlamıştır. Bütün bu bulgular, ultrasonik ön arıtmadan geçmiş anaerobik fermantasyon sistemlerinin farklı pH koşullarında modellenmesinin etkinliğini vurgulamaktadır. Modifiye ADM1, benzer sistemlerin simülasyonu için sağlam bir temel sunmakta olup, ön arıtım teknikleri ile pH değişimlerinin sinerjik etkileri üzerine gelecekte yapılacak araştırmalara yeni ufuklar açmaktadır.
Özet (Çeviri)
This study presents the mathematical modeling of pH controlled anaerobic fermentation of ultrasound pretreated sewage sludge using a modified Anaerobic Digestion Model No.1 (ADM1). While significant progress has been made in modeling both sludge pretreatment and pH controlled anaerobic fermentation, no study has yet demonstrated the synergistic effects of these two factors. In this study, experimental data from semi-continuous anaerobic fermenters operated under acidic, control (neutral), and alkaline conditions, with both pretreated and non-pretreated sludge, were used for model optimization. Main modifications of ADM1 included adjustments of disintegration and hydrolysis rate constants for all pH conditions, utilization rates of volatile fatty acids under acidic condition, and the stoichiometric coefficients of amino acids under alkaline condition. The modified ADM1 accurately predicted volatile fatty acid (VFA) concentrations for all pH conditions. The total VFA concentrations in model simulations for acidic, control, and alkaline conditions reached 0.24, 0.032, and 0.49 kg COD/m3 on the final day, respectively, closely aligning with the experimental total VFA results (0.29, 0.032, and 0.56 kg COD/m3). The modified model was validated with independent experimental results to examine the consistency between the experimental data and the model simulations. Thus, the model depicted the distinct dynamics of fermentation processes at varying pH levels, achieving a strong correlation between experimental and simulation results under alkaline conditions. These findings highlight the effectiveness of modeling anaerobic fermentation systems pretreated with ultrasonication under different pH conditions. The modified ADM1 provides a solid foundation for simulating comparable systems, opening new avenues for future research on the combined effects of pretreatment techniques and pH variations.
Benzer Tezler
- Valorisation of whey components via enzymatic ceramic membranes for biopolymer synthesis and bio-based nanofiber membrane fabrication
Enzimatik seramik membranlar ile peynir altı suyu bileşenlerinin biyopolimer sentezi ve biyo-nanolif membran üretimi için değere dönüştürülmesi
SAMA ALI QAHTAN AL-MUTWALLI
Doktora
İngilizce
2025
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. DERYA YÜKSEL İMER
PROF. DR. FRANK LİPNİZKİ
- Bazı tarımsal atıkların kompostlaştırılmasında optimum çevresel şartların belirlenmesi
Determination of optimum environmental conditions for composting some agricultural wastes
RECEP KÜLCÜ
Yüksek Lisans
Türkçe
2002
ZiraatAkdeniz ÜniversitesiTarım Makineleri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OSMAN YALDIZ
- Organik yükü yüksek olan antibiyotik üretimi atıksuyunun anaerobik arıtımı ve kinetik modellenmesi
Anaerobic treatment of high strength antibiotic production wastewater and kinetic modeling of treatment
İLDA DEĞİRMENTAŞ
- Yukarı akışlı anaerobik çamur yataklı reaktörde peynir altı suyundan biyogaz üretiminde ön arıtım reaktöründeki dönüşümlerin modellenmesi
Modelling of in pre-treatment reactor transformation at upflow anaerobic sludge blanket (UASB) reactor for biogas production from cheese whey
HATİCE AKTOSUN
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Çevre MühendisliğiGazi ÜniversitesiÇevre Bilimleri Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SAFFETTİN FERDA MUTLU
- Gıda atığı ve ön çökeltim çamuru karışımından uçucu yağ asidi üreten pilot ölçekli bir tesiste yaşam döngüsü değerlendirmesi
Life cycle assessment of a pilot scale facility producing volatile fatty acid from food waste and pre-digestion sludge mixture
DİLARA YALÇINKAYA
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FATMA FATOŞ BABUNA
DR. ÖĞR. ÜYESİ NİLAY ELGİNÖZ KANAT