Deri endüstrisi arıtma çamurlarının gazlaştırılmasında deneysel parametrelerin ve katalizör etkisinin araştırılması ve modellenmesi
Investigation and modeling of experimental parameters and catalyst effect in gasification of tannery industry treatment sludges
- Tez No: 973715
- Danışmanlar: PROF. DR. HÜSEYİN KURTULUŞ ÖZCAN, DOÇ. DR. PINAR CİHAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Çevre Mühendisliği, Environmental Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Çevre Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Enerji talebinin artması, fosil yakıtların çevresel etkileri ve iklim değişikliği nedeniyle sürdürülebilir enerji çözümlerine ihtiyaç artmıştır. Bu bağlamda, biyokütle gazlaştırma teknolojisi atık bertarafı, enerji geri kazanımı ve karbon emisyonunu azaltma açısından kritik öneme sahiptir. Bu doktora çalışmasında deri endüstrisinden çıkan iki atık türü (arıtma çamur keki ve deri kırpıntısı) yukarı akışlı sabit yataklı reaktörde gazlaştırılmış ve süreç çıktıları yapay zeka (AI) yöntemleriyle analiz edilmiştir. Atıkların fiziksel ve kimyasal analizlerinde; nem oranları, %10 çamur keki, %8 deri kırpıntısı olarak hesaplanmıştır. Deri kırpıntısının uçucu madde (%95), kalorifik değer (4960 kcal/kg), karbon (%48,8) ve hidrojen (%7,2) içerikleri çamur kekine göre daha yüksek bulunarak sentez gaz üretimine daha uygun olduğu belirlenmiştir. TGA sonuçları deri kırpıntısında %88 kütle kaybını desteklerken, SEM analizleri her iki atığın da mikroyapısının gazlaştırma verimini artırdığını göstermiştir. FTIR analizleri ise organik madde açısından zengin olduklarını doğrulamıştır. Çalışmanın ikinci bölümünde; Mermer tozu ve Al-Ni katalizörleri kullanılarak gaz verimleri incelenmiş; %5 mermer tozu ile 1000°C'de maksimum verim (%74) elde edilirken, yüksek oranlarda katalizör kullanımının ters etki yaptığı gözlenmiştir. Yüksek sıcaklıkta (1000°C) H₂ üretimi (%36), saf oksijen kullanımında ise CO (%28) ve H₂ (%37) oranları artmıştır. AI tabanlı modelleme (RF, SVR, KNN ve CNN-LSTM gibi yöntemlerle) gerçekleştirilen analizlerde KNN, H₂ tahmininde R²=0,987 başarısı göstermiştir. CNN-LSTM modeli ise CO tahmininde R²=0,986 elde ederek en başarılı model olarak öne çıkmıştır. Sonuç olarak bu tez çalışmasında, deri endüstrisi atıklarının gazlaştırma teknolojisiyle enerjiye dönüştürülmesinin teknik ve çevresel olarak uygulanabilir olduğunu, AI modellerinin süreç optimizasyonunda etkili olduğunu ortaya konulmuştur.
Özet (Çeviri)
The increasing global demand for energy, the environmental impacts of fossil fuels, and climate change have heightened the need for sustainable energy solutions. In this context, biomass gasification technology is critically important for waste disposal, energy recovery, and reducing carbon emissions. In this doctoral study, two types of wastes from the leather industry (tannery sludge cake and leather trimmings) were gasified in an updraft fixed-bed reactor, and the process outputs were analyzed using artificial intelligence (AI) techniques. Physical and chemical analyses showed moisture contents of 10% for sludge cake and 8% for leather trimmings. Leather trimmings exhibited higher volatile matter (95%), calorific value (4960 kcal/kg), carbon (48.8%), and hydrogen (7.2%) contents compared to sludge cake, making them more suitable for synthesis gas production. Thermogravimetric analysis (TGA) supported these findings, demonstrating an 88% mass loss in leather trimmings. Scanning electron microscopy (SEM) indicated that the microstructures of both wastes enhanced gasification efficiency. Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR) analysis confirmed that both materials were rich in organic content. In the second phase of the study, gas yields were investigated using marble powder and Al-Ni catalysts. Maximum gas yield (74%) was achieved with 5% marble powder at 1000°C, whereas higher catalyst concentrations adversely affected yield. High-temperature conditions (1000°C) improved hydrogen production (36%), while the use of pure oxygen increased CO (28%) and H₂ (37%) yields. AI-based modeling (using Random Forest, SVR, KNN, and CNN-LSTM) revealed that KNN achieved the highest accuracy in hydrogen prediction (R²=0.987). The CNN-LSTM model excelled in predicting CO, achieving an R² of 0.986. Consequently, this research demonstrated that converting leather industry wastes into energy through gasification is both technically and environmentally viable, highlighting the effectiveness of AI models in process optimization.
Benzer Tezler
- Solidification of tanning industry treatment plant sludges
Deri endüstrisi arıtma tesisi çamurlarının katılaştırılması
MEHMET TAYFUN AKUSTA
Yüksek Lisans
İngilizce
1998
Çevre MühendisliğiDokuz Eylül ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYŞE FİLİBELİ
- Mikrobiyal ve bitkisel kaynaklı biyosurfaktanların arıtma çamurlarının hidrolizi üzerine etkisi
Effect of microbial and plant derived biosurfactants on hydrolysis of sewage sludge
EMİNE ÇELİK
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Çevre MühendisliğiSüleyman Demirel ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AYLA UYSAL
- Investigation of thermogravimetric properties of different treatment plant sludges
Farklı arıtma çamurlarının termogravimetrik özelliklerinin araştırılması
ÖZGÜN TEZER
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Çevre MühendisliğiDokuz Eylül ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AZİZE AYOL
- Solidification of hazardous wastes
Başlık çevirisi yok
HAKAN ŞENOL
Yüksek Lisans
İngilizce
1993
Çevre MühendisliğiDokuz Eylül ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. AYŞE FİLİBELİ
- Deri endüstrisi kimyasal ve biyolojik çamurlarının aerobik stabilizasyonunun etkisinin belirlenmesi
Effects of aerobic stabilization on leather industry chemical and biological sludges
EBRU AYDINLI
Yüksek Lisans
Türkçe
2010
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EMİNE UBAY ÇOKGÖR