Modeling of the effects of ammonia inhibiton on anaerobic digestion
Amonya inhibisyonunun anaerobik çürütme üzerine etkilerinin modellenmesi
- Tez No: 931623
- Danışmanlar: PROF. DR. ADİLE EVREN TUĞTAŞ KARNABAT, DR. ÖĞR. ÜYESİ 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: 72
Özet
Matematiksel modellerin kullanımı, özellikle karmaşık biyokimyasal etkileşimlerin yönetilmesi ve proses stabilitesinin iyileştirilmesi için anaerobik çürütücülerin performansının tahmin edilmesi ve optimize edilmesinde giderek daha önemli hale gelmiştir. Uluslararası Su Birliği'nin Anaerobik Çürütme Modeli No.1 (ADM1), anaerobik çürütmenin (AD) simülasyonu için en yaygın olarak tanınan modellerden biridir ve mikrobiyal etkileşimler ve süreç dinamikleri hakkında bilgi sağlar. Bununla birlikte, özellikle tavuk gübresi gibi azot bakımından zengin substratların çürütülmesinde, AD'deki önemli zorluklardan biri, metanojenik aktiviteyi ve biyogaz üretimini ciddi şekilde etkileyen amonyak inhibisyonudur. Bu çalışma, yüksek serbest amonyak azotu (FAN) konsantrasyonlarının inhibe edici etkilerini daha iyi simüle etmek için ek metabolik yollar ekleyerek ADM1'i genişletmektedir. Özellikle, sintrofik asetat oksidasyonu (SAO) ve sintrofik propiyonat oksidasyonu (SPO) yolları, asetoklastik metanojenler inhibe edildiğinde metanojenezdeki değişimi hesaba katmak için modele entegre edilmiştir. Bu yollar, hidrojenotrofik metanojenez yoluyla metan oluşumunun devam etmesini sağlayarak yüksek amonyak koşulları altında proses stabilitesini garanti eder. Mezofilik koşullar altında çalışan bir anaerobik çürütücüden elde edilen deneysel veriler, modeli kalibre etmek için kullanılmış ve tahmin doğruluğunu artırmak için inhibisyon parametreleri iyileştirilmiştir. Modifiye edilmiş ADM1, yüksek amonyak seviyeleri altında biyogaz üretimini ve uçucu yağ asidi (VFA) birikimini simüle etme kabiliyetinin arttığını ve deneysel verilerle güçlü bir uyum gösterdiğini ortaya koymuştur. Geliştirilmiş model, protein açısından zengin atıkların mono sindiriminin daha kapsamlı bir şekilde anlaşılmasını sağlayarak AD performansını optimize etmek için değerli bir araç haline getirmektedir. Bu çalışma, amonyak inhibisyonu altında proses davranışını tahmin etmede gelişmiş doğruluk sunarak, daha esnek ve verimli biyogaz üretim stratejilerinin geliştirilmesine katkıda bulunmakta ve sonuçta anaerobik çürütme sistemlerinin sürdürülebilirliğini desteklemektedir.
Özet (Çeviri)
The use of mathematical models has become increasingly important in predicting and optimizing the performance of anaerobic digesters, particularly for managing complex biochemical interactions and improving process stability. The International Water Association's Anaerobic Digestion Model No.1 (ADM1) is one of the most widely recognized models for simulating anaerobic digestion (AD), providing insights into microbial interactions and process dynamics. However, one of the significant challenges in AD, particularly during anaerobic digestion of protein-rich substrates like chicken manure, is ammonia inhibition, which severely impacts methanogenic activity and biogas production. This study extends ADM1 by incorporating additional metabolic pathways to better simulate the inhibitory effects of high free ammonia nitrogen (FAN) concentrations. Specifically, syntrophic acetate oxidation (SAO) and syntrophic propionate oxidation (SPO) pathways were integrated into the model to account for the shift in methanogenesis when acetoclastic methanogens are inhibited. These pathways allow continued methane formation through hydrogenotrophic methanogenesis, ensuring process stability under high ammonia conditions. Experimental data from an anaerobic digester operating under mesophilic conditions were used to calibrate the model, refining inhibition parameters to improve predictive accuracy. The modified ADM1 demonstrated an improved ability to simulate biogas production and volatile fatty acid (VFA) accumulation under high ammonia levels, showing strong agreement with experimental data. The enhanced model provides a more comprehensive understanding of the mono-digestion of protein-rich waste, making it a valuable tool for optimizing AD performance. This study contributes to the development of more resilient and efficient biogas production strategies, ultimately supporting the sustainability of anaerobic digestion systems, by offering improved accuracy in predicting process behavior under ammonia inhibition.
Benzer Tezler
- Evsel atık su arıtma tesislerinden kaynaklanan sera gazı salımının tahmini
Estimation of greenhouse gas emission from domestic wastewater treatment plants
HAZAL GÜLHAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İZZET ÖZTÜRK
- Küçük organize sanayi bölgesinde hibrit enerji tesisi ve batarya kullanım önerisi
Hybrid energy site design and battery use proposal for asmall industrial zone
MEHMET ÖZER
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Endüstri ve Endüstri Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiEndüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜLGÜN KAYAKUTLU
- Effect of non steroidal anti-inflamatory drugs on microbial kinetics and population
Steroid yapıda olmayan antienflamatuvar yapıdaki ilaçların mikrobiyal kinetiğe ve populasyona etkisi
ESRA SALİH
- Formaldehyde and iso-propanol treatment in an anaerobic fluidized bed reactor and kinetic evaluations
Havasız akışkan yataklı bir reaktörde formaldehit ve iso-propanol arıtımı ve kinetik değerlendirmeler
MOİZ ELNEKAVE
- Katı atık sızıntı sularından biyolojik azot giderimi
Biological ammonia removal from landfill leachate
GÜLSÜM YILMAZ
