T.C. MARMARA ÜNİVERSİTESİ

FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

ATIKLARDAN BİYOGAZ ÜRETİMİNİN İNCELENMESİ

Abdulcelil BUĞUTEKİN

(Makine Teknik Öğretmeni,MSc.)

DOKTORA TEZİ MAKİNE EĞİTİMİ ANABİLİM DALI

DANIŞMAN

Prof. Dr.A. Korhan BİNARK

İSTANBUL 2007

T.C. MARMARA ÜNİVERSİTESİ

FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

ATIKLARDAN BİYOGAZ ÜRETİMİNİN İNCELENMESİ

Abdulcelil BUĞUTEKİN (141201720030246)

DOKTORA TEZİ MAKİNE EĞİTİMİ ANABİLİM DALI

DANIŞMAN Prof. Dr.A. Korhan BİNARK

İSTANBUL 2007

T.C. MARMARA ÜNİVERSİTESİ

FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

KABUL VE ONAY BELGESİ

ATIKLARDAN BİYOGAZ ÜRETİMİNİN İNCELENMESİ

Abdulcelil Buğutekin’nin “ Atıklardan Biyogaz Üretiminin İncelenmesi” isimli Doktora tez

çalışması, M.Ü. Fen Bilimler Enstitüsü Yönetim Kurulu’nun. 12 Kasım 2007 tarih ve………..

…...Sayılı kararı ile oluşturulan jüri tarafından Makine Eğitimi Anabilim Dalı Makine Eğitimi

Programında DOKTORA Tezi olarak Kabul edilmiştir.

Danışman : Prof . Dr. A. Korhan BİNARK (Marmara Üniversitesi)…………………………

Üye : Prof. Dr. Osman ISIKAN (Marmara Üniversitesi)………………………. ……...

Üye : Prof. Dr. İsmail TEKE (Yıldız Teknik Üniversitesi)……………………………..

Üye : Prof. Dr. Nurkan YAĞIZ(İstanbul Üniversitesi)……………………………........

Üye : Prof. Dr. İsmail EKMEKÇİ (Marmara Üniversitesi)……………………………. Tezin Savunulduğu Tarih : 12/11/2007

ONAY M.Ü. Fen Bilimler Enstitüsü Yönetim Kurulu’nun………………tarih ve……………… Sayılı kararı ile Abdulcelil BUĞUTEKİN’nin Makine Eğitimi Anabilim Dalı, Makine Eğitimi Programında Doktora (Dr, PhD.) derecesi alması onanmıştır.

Marmara Üniversitesi Fen Bilimler Enstitüsü Müdürü

Prof. Dr. Sevil ÜNAL

I

ÖNSÖZ Son yıllarda sanayi ve tarımsal alanların gelişmesiyle atık miktarları da önemli

seviyelerde artış göstermiştir. Bu atıkların doğru parametreler ile değerlendirilmesi yeni enerji

kaynaklarının üretimi için önemlidir. Bu atıkların anaerobik ortamda belirli sınır şartlarında

fermente edilmesi sonucu biyogaz üretilmektedir.

Ülkemizde 1980'li yıllarda alternatif enerji arayışları içinde gündeme gelen biyogaz,

yaygın olmamak üzere 2000 yılından itibaren bazı bölgelerimizde tezekten elde edilerek evsel

kullanıma yönelik uygulamalarla gündeme girmiştir.

Bu çalışmanın amacı, Ülkemizde potansiyeli yüksek olan ve biyogaz üretiminde en

elverişli hammadeleri içerisinde bulunan sığır atığının, imal edilen biyogaz şartlandırıcısında,

aynı sınır şartlarında farklı karıştırıcılarla biyogaz üretim oranlarını incelemek olmuştur.

Bu çalışmada bana bilgi desteğinde bulunan Orta Doğu Teknik Üniversitesi Kimya

mühendisliği bölümünden Sayın Yusuf ULUDAĞA ve Kerim YAPICI’ya Deneylerde

kullandığım atıkların kimyasal ve fiziksel analizleri yapan Zeynep YURTMAN’a, Marmara

Üniversitesi Makine Mühendisliği bölümünden Öğretim Görevlisi Mustafa YILMAZ’a bu tez

çalışması süresince değerli fikirleri ile çalışmamı yönlendiren Sayın Prof. Dr. İsmail

TEKE’ye Dört yıllık lisans ve yüksek lisans da beni yetiştiren ve bu projenin

gerçekleştirilmesinde büyük sabır gösteren Sayın Prof. Dr. Osman ISIKAN’a ve tez hocam

Sayın Prof. Dr. A. Korhan BİNARK’a ve gaz analizinde bana yardımcı olan Makine Müh.

Gazi ÇOBAN’a teşekkürü bir borç bilirim.

Son olarak; hayatım boyunca benden yardım ve desteklerini esirgemeyen Anne ve

Babama sonsuz teşekkürlerimi sunarım. Ayrıca değerli eşime de çalışamalarım boyunca

gösterdiği sabırdan dolayı teşekkür ederim.

EKİM, 2007 Abdulcelil BUĞUTEKİN

II

İÇİNDEKİLER

SAYFA ÖNSÖZ....................................................................................................... I İÇİNDEKİLER………………………………………………………….. II ÖZET……………………………………………………………………… IX ABSTRACT……………………………………………………………… XI YENiLİK BEYANI………………………………………………………. XIII SEMBOL LİSTESİ…………………………………………………….. XIV KISALTMALAR………………………………………………………… XVI ŞEKİL LİSTESİ………………………………………………………… XVII TABLO LİSTESİ………………………………………………………… XXI BÖLÜM I. GİRİŞ VE AMAÇ…………………………………………. 1 I. 1. GİRİŞ………………………………………………………………………….. 1 I. 2. ÇALIŞMANIN AMACI……………………………………………………… 3 BÖLÜM II. GENEL BÖLÜM…………………………………………. 4 II.1. GENEL BİLGİLER…………………………………………………………. 4 II.1.1. Biyogazın Tarihçesi………………………………………………………. 4

II.1.2. Dünyada ve Türkiye’de Biyogaz………………………………………… 5

II.1.3. Biyogazın Tanımı ve Oluşumu………………………………………….. 7 II.1.3.1. Biyogazın Kimyasal Oluşumu………………………………………. 7 II.1.3.2. Fermantasyon ve Metan Oluşumu…………………………………… 8 II.1.3.2.1. Birinci Kademe………………………………………………… 10

III

II.1.3.2.2. İkinci Kademe………………………………………………… 11 II.1.3.2.3. Üçüncü Kademe………………………………………………... 11 II.1.4. Buswell Eşitliği……………………………………………………………. 12

II.1.5. Biyogazın Bileşenleri, Özellikleri ve Kullanım Alanları………………… 12 II.1.5.1. Biyogazın Teknik Özellikleri ……………………………………….. 13 II.1.5.2. 1 m3 Biyogazın Özellikleri …………………………………………. 14 II.1.5.3. Biyogazın Avantaj ve Dezavantajı..………………………………… 15 II.1.5.4. Üretilen Biyogaz Miktarının Ölçülmesi……………………………… 16 II.1.5.5. Biyogazın depolanması ……………...………………………………. 17 II.1.5.6. Biyogazın içindeki CO2 ve H2S bertarafı….………………………....... 18 II.1.5.6.1. Biyogazın içindeki CO2 bertarafı.…………………………… 18

II.1.5.6.2. Biyogazın içindeki H2S bertarafı……………………………. 19

II.1.5.7. Biyogazın Kullanımı………………………………………………….. 19 II.1.5.7.1. Biyogazın Motorlarda Kullanımı…………………………… 19 II.1.5.7.2. Biyogazın Evsel Cihazlarda Kullanımı……………………… 21 II.1.6. Biyogaz Üretimini Etkileyen Faktörler……………………………………. 24 II.1.6.1. Biyogaz Tesisinde Kullanılacak Materyal ile ilgili Faktörler................. 24

II.1.6.2. Biyogaz Sistemindeki Üreteçle ilgili Özellikler……………………….. 24 II.1.6.3. İşlem Süreci ile ilgili Özellikler………………………………………… 24 II.1.7. Fermentasyon esnasında biyogaz üretimini etkileyen faktörler………….. 25

II.1.7.1. Sıcaklık………………………………………………………………… 25

II.1.7.2. Hammadde Konsantrasyonu…………………………………………… 26 II.1.7.3. Yükleme Oranı………………………………………………………… 26 II.1.7.4. Alıkoyma (Bekleme) Süresi……………………………………………. 27 II.1.7.5. Reaksiyon Ortamı………………………………………………………. 27 II.1.7.6. Bakteriler……………………………………………………………….. 27

II.1.7.6.1.Metan Bakterileri için Uygun Eko Sistem……………………. 28 II.1.7.7. Karbon Nitrojen Oranı…………………………………………………. 29 II.1.7.8. pH………………………………………………………………………. 29 II.1.7.9. Karıştırma………………………………………………………………. 30

II.1.7.9.1. Karıştırmanın Avantajları……………………………………... 31 II.1.7.10.Gobar Su oranı…………………………………………………………. 31 II.1.7.11. Uçucu Asitler………………………………………………………….. 31 II.1.7.12. Katı İçeriği…………………………………………………………….. 32

IV

II.1.7.13. Kimyasal Oksijen İhtiyacı (KOİ)……………………………………… 32 II.1.7.14. Zehirli Materyaler ……………………………………………………. 32 II.1.7.15. Toksitler………………………………………………………………. 32

II.1.8. Biyogaz Üretiminde Kullanılan Organik Atık Maddeler…………………. 33

II.1.8.1. Hayvansal Atıklar……………………………………………………….. 34 II.1.8.2. Bitkisel Atıklar…………………………………………………………. 35 II.1.8.3. Organik İçerikli Şehir ve Endüstriyel Atıklar………………………….. 36 II.1.8.4. Gıda Atıklarından Biyogaz Üretimi...............………………………….. 37

II.1.9. Biyogaz Üretiminde ve Sonrası Bulamaç Kokusu………………………... 37

II.1.10. Biyogaz ve Çevre………………………………….……………………….. 38 II.1.11. Biyogaz Üretecinin Bölümleri…………………..………………………... 39 II.1.11.1. Fermantasyon Tankı………………………………………………….. 39 II.1.11.2. Hammadde Giriş Borusu…….……………………………………….. 40 II.1.11.3. Atık Çıkış Borusu…………………………………………………….. 40 II.1.11.4. Fermentör…………………………………………………………….. 40

II.1.11.5. Oynar Kapak ve Gaz Alma Borusu…………………………………… 40 II.1.11.6. Isıtma Düzenekleri……………………………………………………. 41 II.1.11.7. Karıştırma Düzenekleri………………………………………………. 41 II.1.11.8. Dolum ve Boşaltım Düzenekleri……………………………………… 41 II.1.11.9. Gazometre……………………………………….……………………. 42

II.1.12. Biyogaz Üretim Sistemleri….…………………..……………………….... 42

II.1.12.1. Beklemeli Sistemleri………………………….…………………….... 42

II.1.12.2. Sürekli Yüklemeli Sistem………..………………………………….... 42

II.1.13. Fermentör Besleme Yöntemleri.………………..……………………….... 43

II.1.13.1. Sürekli Fermantasyon…………………………………….................... 43

II.1.13.2. Beslemeli Kesikli Fermantasyon……………………………………... 43

II.1.13.3. Kesikli Fermantasyon………………………….……………………... 43

II.1.14. Biyogaz Üretim Tesislerinde Çıkan Gübrenin İşlenmesi ve Kalitesi.…… 43 II.2. KONUYLA İLGİLİ YAPILAN ÇALIŞMALAR………………………………… 45

V

II.2.1. Kullanılan Atığın Cinsi Fermenter Sıcaklığı ve Bekleme Sürelerine Göre

Yapılan Çalışmalar…………………………………………………………… 45

II.2.2. Kullanılan Atığın Karıştırılmasıyla İlgili Çalışmalar……………………… 52

BÖLÜM III. DENEY CİHAZI VE GÜVENİRLİK DENEYİ………… 56 III.1. DENEY CİHAZI…………………………………………………………. … 56

III.1.1. Deney Donanımı……………………………………………………… 56

III.1.2. Isıtma Sistemi…………………………………………………………. 58

III.1.2.1. Dijital Termostat……………………………………………….. 58

III.1.2.2. Isıtıcı Rezistans……………..………………………………….. 58

III.1.2.3. Isı Dağıtıcı Fan………………………………………………… 59

III.1.2.4. Isı Dağıtıcı Menfez……………………………………………. 59

III.1.2.5. Dijital Termometre…………………………………………….. 59

III.1.3. Karıştırma sistemi…………………………………………………….. 60

III.1.4. Fermenterler(Üreteç)…………………………………………………. 60

III.1.5. Veri Ölçümleri…..…………………………………………………….. 61

III.1.5.1.Biyogaz Üretim Miktarının ölçümü.…………………………….. 61

III.1.5.2.Gaz Depolama.……………………………….………………….. 64

III.1.5.3. Metan (CH4) ölçümü.……………………………………………. 64

III.1.5.4. pH Ölçümü.………………………………………………………. 65

III.1.5.5. Atıkların Kimyasal analizi………………………………………... 65

III.1.6. Ölçü Cihazlarının Kalibrasyonu………………………………………. 65

III.2. CİHAZIN GÜVENİRLİK DENEYİ…………………………………………….. 66

III.2.1. Atığın Hazırlanması……………………………………………………. . 66

III.2.1.1 Atığın Hazırlanması………………………………………………… 66

III.2.2. Deney Sonuçları………………………………………………………… 67

III.2.3. Biyogazın Yakılması……………………………………………………. 70

BÖLÜM IV. BİYOGAZ ÜRETİMİNDE ATIK KARIŞTIRMA,

KARIŞTIRICI SİSTEMLER …………………………………………………… 71 IV.1. BİYOGAZ ÜRETİMİNDE ATIK KARIŞTIRMA…………………………. 71

IV.1.1. Atık Karıştırma Sistemleri……………………………………………. 71

VI

IV.1.1.1. Pasif Karıştırma sistemlşeri…………………………………….. 71 IV.1.1.2. Aktif Karıştırma sistemlşeri…………………………………….. 71

IV.1.2. Biyogaz Üretiminde Atık Karıştırmanın Sebepleri ………………….. 71 IV.1.2.1. Karıştırmanın Avantajları……………………………………….. 72

IV.1.3. Biyogaz tesislerinde Kullanılan Karışıtırıcılar ve Montaj Şekileri… 72 IV.2. KARIŞTIRICI SİSTEMLER……………………………..…………………. .. 75

IV.2.1. Karıştırıcıların Kullanım Alanları…………………………………... 75 IV.2.2. Karıştırıcı Kullanımı ve Dizayn Amaçları………………………….. 75 IV.2.3. Karışıtırıcı Sistemler………………………………………………….. 75

IV.2.3.1. Tank………………………...…………………………………… 75 IV.2.3.2. Engeleyici(Baffle)………………………...……………………... 76 IV.2.3.3. Karıştırıcı Kanatlar………………………...……………………. 76 IV.2.3.3.1. Radiyal Kanat Çeşitleri………………………...………… 77

IV.2.3.3.2. Eksenel Kanat Çeşitleri………………………...………… 77

IV.2.3.4. Karıştırma Sistemlerinin Isıtılması………………………...…….. 77 IV.3. RUSHTON VE T TİPİ KARIŞTIRICILAR VE MODELLENMESİ…… 79 IV.3.1. Rushton Karıştırıcı……………………………………………………. 79

IV.3.1. Deneyde Kullanılan Standart Rushton Karıştırıcının Detaylı

Geometrisi ve Ölçülendirme …..…………....................................... ……… 80

IV.3.2. T Kanat Karıştırıcı………………....................................... ………….. 82

IV.3.2.1. Deneyde Kullanılan T Kanatlı Karıştırıcının Detaylı Geometrisi

ve Montajı……………………………………………………………………… 82 IV.3.3. Star-CD Paket programı ve Deneyde kullanılan standart Baffılı Rushton

ve T kanatlı karıştırıcıların Star-CD Paket programında modellenerek performansının incelenmesi……………………………………………….. 83

IV.3.3. 1. Desteklenen Akış rejimleri ve Şartları……………..……………. 84 IV.3.3. 2. Fiziksel Modeller…………………..……………………………. 84 IV.3.3. 2.1. Kimyasal Reaksiyon ve Yanma.………………………… 84 IV.3.3. 2.2. Isı ve Kütle Transferi…………..………………………… 84

VII

IV.3.3. 2.3. Çok Fazlı Akışlar…..…………..………………………… 85 IV.3.3. 2.4. Euler İki-Faz Akış Modelleri…………..………………… 85

IV.3.4. Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği………....................................... ….. 85 IV.3.4.1.CFD işlemleri…………………….………..................................... 86 IV.3.4.1.1.Ön İşlemci……………….………..................................... 87

IV.3.4.1.2.Çözüm……………….………........................................... 87 IV.3.4.1.3.İleri İşleme..………….………........................................... 88

IV.3.4.2.Sonlu Hacimli Metod……………….………................................. 88

IV.3.5. Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (CFD) ile Deneyde kullanılan standart

Rushton ve T kanatlı karıştırıcıların Star-CD Paket programında

performansının incelenmesi.…....................................... ………………. 90

IV.3.5.1. Deneyde kullanılan standart Rushton karıştırıcının Star-CD Paket programında performansının incelenmesi … …………………………. 91

IV.3.5.2. Deneyde kullanılan T kanatlı karıştırıcının Star-CD Paket

programında performansının incelenmesi………………………… 96 BÖLÜM V.DENEYSEL ÇALIŞMALAR VE BULGULAR……………... 99 V.1. DENEYSEL ÇALIŞMALAR………………………………………………. 99 V.1.1. Deneylerde Kullanılan Atık ve Temini………………………….. 99 V.1.1.1. Deneylerde Kullanılan Atık…………..……………………. 99

V.1.1.2. Deneylerde Kullanılan Atığın Temini…………..………….. 99 V.1.1.3. Deneylerde Kullanılan Atığın Hazırlanması………………. 99 V.1.1.3.1.Bulamacın Viskozitesi ve Nem………………………. 99 V.1.1.3.2. Atığın Sulandırılması…………...……………………. 100 V.1.1.4. Deneylerde Kullanılan Atığın Kimyasal ve Fiziksel Analizleri . 100 V.1.2. Deneylerde Kullanılan Fermenterler…………………………….. 101 V.2. DENEYSEL BULGULAR…..………………………………………………. 102 BÖLÜM VI. SONUÇLAR VE ÖNERİLER………………………………….. 110 KAYNAKLAR……………………………………………………………………….. 113

VIII

EKLER……………………………………………………………………………….. 126

EK A: Termometre Kalibrasyon Sertifikası............................................................. 127

EK B: Manometre Kalibrasyon Sertifikası……………………………………….. 128

EK C: pH Kalibrasyon Sertifikası………………………………………………... 129

EK D: Dijital Termostat Sertifikası………………………………………………. 130

EK E: Deneylerdeki günlük biyogaz, pH ve % metan oranının sayısal değerleri… 131 ÖZGEÇMİŞ………………………………………………………………………….. 133

IX

ÖZET

ATIKLARDAN BİYOGAZ ÜRETİMİNİN İNCELENMESİ

Gelişen teknoloji ve nüfusla birlikte artan enerji ihtiyacı yenilenebilir enerji

kaynakların önemini artırmıştır. Bu yenilenebilir enerji kaynaklarından bir tanesi de, atıkların

değerlendirilmesiyle üretilen biyogazdır.

Biyogazın üretiminin verimliliğini etkileyen birçok parametreler (atık cinsi, sıcaklık,

karıştırma, pH, bekleme süresi) vardır. Bunlardan en önemlilerinden bir tanesi de atığın

karıştırılmasıdır.

Bu çalışmada; Marmara Üniversitesi T.E.F Makine Eğitimi Bölümü Laboratuarların

da biyogaz üretim sınır şartlarını sağlayan, biyogaz üretim şartlandırıcısı imal edilerek, atık

karıştırmanın biyogaz üretimine etkisi incelenmiştir. Karıştırma sistemi olarak, 2 d/h ve 30

d/d manyetikli mekanik karıştırma sistemi tercih edilmiştir.

Mekanik karıştırma sistemlerinde, karıştırıcılar kanat yapılarına göre farklılıklar

göstermektedir. Deneylerde karıştırmasız (F1), çift kanatlı karıştırıcı (T karıştırma) (F2) ve 6

kanatlı Rushton karıştırıcı (Rushton karıştırma) (F3), gibi üç farklı karıştırma düzeneğinin

hazırlandığı fermenterler kullanılmıştır. Bu fermeterlerin içindeki karıştırıcıların, reaksiyon

esnasında atığın yatay ve dikey konumlarındaki vektörel hız dağılımları ve sıcaklık dağılımı

STAR-CD programında belirli sınır şartlarda modellenmiştir.

Yapılan modelleme sonucunda, Rushton karıştırıcısının, fermenterin içindeki atığa her

noktada yoğun bir hareketlilik kazandırdığı ve atığın üzerindeki sıcaklık dağılımının homojen

olduğu, fakat çift kanatlı karıştırıcıda, attığın hareketlerinin çok yavaş, hatta bazı bölgelerde

hiç hareketlilik gözlenmemiştir.

Büyükbaş hayvan atığının hazırlanması ve kimyasal analizler sonrasında,

fermenterlere aynı miktarlarda, 36 oC ve 45 gün sınır şartlarında biyogaz şartlandırıcısına

X

konularak günlük biyogaz üretim miktarları, %’lik metan ve pH incelenerek grafikler

çizilmiştir.

Deneyler sonucunda karıştırma ve attığın içindeki sıcaklık dağılımının homojen

olduğu, Rushton karıştırıcılı fermenter, karıştırmasız fermenterden %30, çift kanatlı

karıştırıcıdan %15,4 daha verimli olduğu belirlenmiştir. Ayrıca çift kanatlı fermenter,

karıştırmasız fermenterden % 16,6 daha verimli olduğu belirlenerek biyogaz üretiminde atığın

karıştırılmasının biyogaz üretimine olan etkisi incelenmiştir.

EKİM 2007 Abdulcelil BUĞUTEKİN

XI

ABSTRACT INVESTIGATION OF BIOGAS PRODUCTION FROM WASTE

PRODUCT

Power need, increased with improved technology and population, made renewable

resources much more important. One of these renewable energy resources is produced by

processing waste product.

There are a lot of parameters (type of waste product, temperature, mixing, pH, waiting

time etc.) effecting the performance of biogas production. One of the important parameters is

the waste product mixing.

In this work, biogas production to become conditioned, providing boundary

conditions of biogas production, is built in laboratories of Technical Education Faculty of

Marmara University. Effect of mixing on biogas production is investigated. As a mixing

system, a magnetic mechanic mixing system having the properties of 2 min/hour and 30

rev/min is selected.

In mechanical mixing systems, there are several different mixers according to the

blade type. Digesters having three different type mixers, without mixing (F1), T profile blade

type mixer (F2) and Buffle 6 blade Rushton mixer (F3), are used in experiments.

Active and passive mixers in these digesters are modeled by Star-CD software for

determined boundary conditions. Then, velocity vector distribution of waste products’ flow

during process for horizontal and vertical positions and temperature distribution in waste are

obtained.

As a result, it is observed that Buffle 6 blade Rushton mixer gives much more

movement to waste at each point in digesters and temperature distribution is homogenous. On

the other hand, it is observed that T profile blade type mixer gives less movement and besides,

in some region couldn’t give any movement.

XII

Waste of cattle is used in experiments. Some amount of waste is put into digesters and

those digesters are stored in biogas to become conditioned at same conditions for 45 days and

36 º C. At each 24 hour period, amount of biogas production and pH value are measured as

Methane percentage and graphs of these data are evaluated.

Results of experiments show that digester (F3) having rushton mixer is more efficient

(about %30) than digester (f1) without mixing and is more efficient (about %15,4) than

digester (F2) having T profile blade type mixer. Also, it is observed that T profile blade type

mixer is more efficient (about % 16,6) than digester ( F1) without mixing.

October, 2007 Abdulcelil BUĞUTEKİN

XIII

YENİLİK BEYANI

ATIKLARDAN BİYOGAZ ÜRETİMİNİN İNCELENMESİ Katı organik atıklardan, anaerobik ortamda biyogaz üretimi çok farklı sistemler

(Üreteçler, tesisler, deneysel sistemler vb.) ve farklı sınır şartları (Kimyasal ve fiziksel

özellikler, ortamın sıcaklığı, karıştırma modeli, karıştırma hızı, pH, üreteç modeli, yükleme

modeli, bekleme süresi, atık cinsi vb.) gibi parametrelere bağlıdır. Atıklardan verimli bir

şekilde biyogaz üretimi için en önemli parametre karıştırma ve ısıtma sistemidir.

Günümüze kadar yapılan çalışmalarda çok farklı karıştırıcı modeleri (çok kanatlı, çift

kanatlı, helezonik vb.) ve karıştırma sistemleri (mekanik karıştırma, atığın sirkülâsyonu,

fermenterin el ile çalkalama, üretilen biyogazın tekrar sisteme verilmesi vb.) birçok

çalışmada uygulanarak deneyler yapılmıştır.

Bu çalışmada, termofilik ve mezofilik sıcaklıklarda biyogaz üretim sınır şartlarının

maksimum ve minumum noktalarda ayarlanabilen deney cihazı imal edilerek, anaerobik

ortam sağlanabilmesi için 4 baffle 6 kanatlı rushton ve çift kanatlı karıştırıcıları manyetik

mekanik karıştırma sistemi kullanarak, farklı modellerdeki (karıştırmasız, T karıştırma ve

Rushton karıştırma) (2 d/h 30 d/d) karıştırıcıların büyükbaş hayvan gübresinden biyogaz

üretim miktarları tespit edilmiştir. Ayrıca STAR-CD akışkan programında çift kanatlı

karıştırıcı, 4 baffle 6 kanatlı rushton karıştırıcı ve fermenterler, belirli sınır şartlarda

modellenerek hazır paket programında, belirlenen sınır şartlarında karıştırıcıların yatay ve

dikeydeki vektörel hız hareketleri ve atığın içindeki sıcaklık dağılımları incelenerek

fotoğraflar çekilerek karıştırma modeli, karıştırıcı ve kanat şekli, karıştırma süresi ve

karıştırma hızı ve atığın içindeki sıcaklık dağılımının biyogaz üretimine olan etkileri

incelenmiştir.

EKİM, 2007 Prof. Dr. A.Korhan BİNARK Abdulcelil BUĞUTEKİN

XIV

SEMBOL LİSTESİ

CH4 : Metan

CO2 : Karbondioksit

C/N : Karbon Azot Oranı

d : Zaman (dakika)

dev : Devir

DT :Fermenter çapı

Dİ : Karıştırıcı çapı

Dd : Disk çapı

Dh : Disk gövde çapı

Ds :Disk şaft çapı

F1 : Karıştırmasız Fermenter 1

F2 : T Karıştırmalı Fermenter 2

F3 : Rushton Karıştırmalı Fermenter 3

h : Zaman (saat)

hy : 100 lük PVC borunun yükselme miktarı (mm)

H2 : Hidrojen

H2S : Hidrojen sülfür

H : Kanat yüksekliği (cm) / Biyogaz miktarı (m3)

HI : Akışkan(Atık) yüksekliği

Hİ : Karıştırıcının fermenter tabanından yüksekliği

L : Uzunluk / Litre/ Kanat genişliği

N2 : Azot

NaCI : Sodyum Klorür

NH3 : Amonyak P : Basınç ( mbar )

r : 100 lük PVC borunun yarı çapı

T : Sıcaklık ( 0C )

V : Hacim (lt)

XV

W : Baffle genişliği(mm)

X : Disk kalınlığı(mm)

π : Sabit Sayı

O2 : Oksijen

: Çap

XVI

KISALTMALAR CAD : Computer-Aided Design

CFD : Computational Fluid Dynamic

EKA : Evsel Katı Atık

HAD : Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği

KOİ : Kimyasal Oksijen İhtiyacı

LBR : Leacging Bed Reactor

TK :Toplam Katı

UKMO : Uçucu Katı Madde Oranı

ÖÇÇ : Ön Çökeltme Çamuru

XVII

ŞEKİL LİSTESİ

SAYFA Şekil II.1. Metan Fermantasyonunun Prensibi………………………………………. 9

Şekil II.2. Farklı Ürünlerden Metan üretim Oranları………………………………… 9

Şekil II.3. Organik maddelerin anaerobik şarlarda sindirilmesi……………………… 10

Şekil II.4. Kompleks organik maddelerin basit organik maddelere dönüşmesi……... 11

Şekil II.5. Metanogenik bakteri……………………………………………………… 12

Şekil II.6. Biyogaz içindeki CH4 ve CO2’nin yüzdelik oranı………………………… 12

Şekil II.7. Biyogazın LPG ocaklarında yakılması…………………………………… 14

Şekil II.8. Borulardaki biyogazın hızının ölçülmesi………….……………………… 16

Şekil II.9. Küçük ölçekli biyogaz miktarı ölçüm düzeneği…………………………… 16

Şekil II.10. Biyogazın depolanması…………………………………………………… 18

Şekil II.11. Biyogazı yıkama yöntemi………………………………………………… 18

Şekil II.12. Biyogazın motorlarda kullanımı…………………………………………... 20

Şekil II.13. Biyogazın jeneratörlerde kullanımı……………………………………….. 20

Şekil II.14. Biyogazın Tarım, Çevre ve Enerji ile ortak kullanımı……………………. 21

Şekil II.15. Biyogazın evsel cihazlarda kullanılması………………………………….. 22

Şekil II.16. Biyogazın üretim ve kullanım alanları…………………………………….. 23

Şekil II.17. Günümüzde dünyada kurulu olan tesislerde kullanılan sıcaklık dağılımı… 25

Şekil II.18. Mezofolik, Termofolik ve pisifolik sıcaklıklarda metanogenislerin

Büyüme oranı ve Termofolik ve mezofolik sıcaklığının zamana

göre değişimi……………………………………………………………… 26

Şekil II.19. Metan üreten bakterilerin dijital mikroskopta görünümü………………… 27

Şekil II.20. pH’ı farklı değerlerdeki metan bakterisinin elektronik mikroskopla

görüntüleri(10um)………………………………………………………….. 30

Şekil II.21. Hayvansal atıklar……………………………………………………….. ….. 34

Şekil II.22. Tesiste kullanılan atığın toplam katı oranı………………………………….. 35 Şekil II.23. Bitkisel atıklar…..…………………………………………………………..... 35

Şekil II.24. Organik İçerikli Şehir ve Endüstriyel Atıklar………………………………… 36

XVIII

Şekil II.25. Bakteri ve koku oluşum safhaları…………………………………………….. 37

Şekil II.26. İşlenmemiş gübre ile işlenmiş gübrenin çevresel koku analiz resmi…………. 38

Şekil II.27. Biyogaz ve çevre……………………………………………………………… 38

Şekil II.28. Fotosentez Biyogaz Döngüsü………………………………………………… 39

Şekil II.29. Tesis atığının tarımda gübre olarak kullanılması…….………………………. 39

Şekil II.30. Üreteçlerin temel işletim şekileri…..……..…………………………………. 43

Şekil II.31. Gübre işleme şeması…………………………………………………………. 44

Şekil II.32. Tesis atıklarının işlenmesi……………………..……………………………... 44

Şekil III.1. Deney cihazını oluşturan elemanlar…………………………………………... 57

Şekil III.2. Dijital termostat………………………………………………………………. 58

Şekil III.3. Rezistans………………………………………………………………………. 59

Şekil III.4. Aksiyal kanal tipi fan…………………………………………………………. 59

Şekil III.5. Menfez………………………………………………………………………… 59

Şekil III.6. Mıknatıslarla karıştırma sistemi………………………………………………. 60

Şekil III.7. Fermenter...…………………..………………………………………………. 61

Şekil III.8. Biyogaz ölçüm düzeneği……………………………………………………... 62

Şekil III.9. Biyogaz ölçüm düzeneği...…………………………………………………… 62

Şekil III.10. Biyogaz ölçüm düzeneğindeki vakumun yüksekliğe bağlı olarak değişimi... 63

Şekil III.11. Gaz ölçüm cihazının ölçülendirilmesi……………………………………….. 63

Şekil III.12. Yüksek bariyerli gaz torbası…………………………………………………. 64

Şekil III.13. Gaz analiz cihazı……………………………………………………………... 64

Şekil III.14. Dijital pH metre……………………………………………………………… 65

Şekil III.15. Atığın hazırlanması………………………………………………………….. 66

Şekil III.16. Atıklardan alınan numuneler………………………………………………… 66

Şekil III.17. Literatür araştırmasına göre günlük biyogaz ve pH miktarı………..………… 67

Şekil III.18. Deney cihazında üretilen günlük biyogaz miktarı……………………………. 68

Şekil III.19. Deney de kullanılan büyükbaş hayvan gübresinin günlük pH değişimi……... 68

Şekil III.20. Üretilen biyogazın % CH4 (Metan) oranı…………………………………….. 68

Şekil III.21. Güvenirlik deneyi ile örnek çalışmanın günlük biyogaz miktarlarının

karşılaştırılması………………………………………………………………. 69

Şekil III.22. Deney cihazının resmi………………………………………………………… 69

Şekil III.23. Deneylerde elde edilen biyogazın yakılması…………………………………. 70

Şekil IV.1. Alt ve üst karıştırmalı çift kanatlı katıştırıcı, B Üç kanatlı ve

helezon karıştırıcı…………………………………………………………….. 72

XIX

Şekil IV.2. Alt ve üst karıştırmalı çift karıştırıcı…………………………………………… 73

Şekil IV.3. Çift pervaneli karıştırıcı ile yandan karıştırmalı……………………………….. 73

Şekil IV.4. Çok kanatlı karıştırıcı ile yatay karıştırma sistemi……………………………... 73

Şekil IV.5. Dikdörtgen fermenterde kanatlı karıştırıcı ile yatay karıştırma sistemi……..…. 74

Şekil IV.6. Dikdörtgen fermenterde çok kanatlı karıştırıcı ile yatay karıştırma sistemi….. 74

Şekil IV.7 Farklı şekillerde karıştırmanın yapılacağı tank…...…………………………… 76

Şekil IV.8 Tank içindeki bafflerin gösterimi……………………………………………… 76

Şekil IV.9 a ve b sırasıyla radiyal ve eksenel akış………………………………………… 76

Şekil IV.10. Radyal karıştırıcılar…………………………………………………………... 77

Şekil IV.11. Eksenel karıştırıcılar………………………………………………………….. 77

Şekil IV.12. Karıştırma sisteminin ısıtılması……………………………………………… 78

Şekil IV.13.a Rushton karıştırma sistemi, b rushton karıştırma sistemindeki baffles ların

gösterimi, c rushston karıştırıcısının akış diyagramı gösterilmektedir……….. 79

Şekil IV.14 Baffle’sız Rushton tipi karıştırıcı…………………………………………….. 80

Şekil IV.15. a ve b Standart baffl’ı fermenter, karıştırıcı ve kanatların detaylı geometri

tasarımı……………………………………………………………………….. 80

Şekil IV.16 Deneyde kullanılan Rushton karıştırıcı ve fermenter ölçüleri………………. 81

Şekil IV.17. Deneyde kullanılan karıştırıcı(Rushton), fermenter, Baffle ve motor montajı. 81

Şekil IV.18. Deneyde kullanılan T karıştırıcı ve fermenter ölçüleri………………………. 82

Şekil IV.19. Deneyde kullanılan T kanat karıştırıcının fermenter ve motor montajı…….. 82

Şekil IV.20. A Yüzey mesh, B Kesit mesh………………………………………………… 91

Şekil IV.21. Çözümdeki iterasyon grafiği…………………………………………………. 92

Şekil IV.22. Karıştırma yapılırken akışkanın hidrostatik basıncı………………………… 93

Şekil IV.23. Karıştırma yapılırken dikey sıcaklık dağılımı……………………………… 93

Şekil IV.24. Karıştırma yapılırken yüzeysel sıcaklık dağılımı…………………………… 94

Şekil IV.25. Karıştırma yapılırken yüzeysel vektörel hız dağılımı………………………. 94

Şekil IV.26. Karıştırma yapılırken yüzeysel vektörel hız dağılımı………………………. 95

Şekil IV.27. Karıştırma yapılırken dikey vektörel hız dağılımı…………………………. 95

Şekil IV.28. Karıştırma yapılırken Atık ve fermenterin üst kısmının ayırım noktasının

izlenmesi……………………………………………………………………… 95

Şekil IV.29. A Yüzey mesh, B Kesit mesh………………………………………………… 96

Şekil IV.30. Çözümdeki iterasyon grafiği…………………………………………………. 96

Şekil IV.31. Karıştırma yapılırken akışkanın hidrostatik basıncı…………………………. 97

Şekil IV.32. Karıştırma yapılırken dikey sıcaklık dağılımı………………………………. 97

XX

Şekil IV.33. Karıştırma yapılırken yüzeysel sıcaklık dağılımı…………………………… 97

Şekil IV.34. Karıştırma yapılırken yüzeysel vektörel hız dağılımı……………………… 98

Şekil V.1.A ve B Deneylerde kullanılan fermenterler…………………………………….. 101

Şekil V.2 Atıkların üreteçlerde görünümü………………………………………………… 101

Şekil V.3. Karıştırmasız fermenterden üretilen biyogaz miktarı…………………………. 102

Şekil V.4. T karıştırıcı fermenterden üretilen biyogaz miktarı………………………... 102

Şekil V.5. Rushton karıştırıcı fermenterden üretilen biyogaz miktarı…………………… 103

Şekil V.6. Karıştırmasız, T karıştırıcı ve Rushton Karıştırıcı fermenterlerden üretilen

biyogaz miktarı…………………………………………………………………. 103

Şekil V.7. Karıştırmasız fermenterin pH değişimi………………………………………… 104

Şekil V.8. T karıştırıcı fermenterin pH değişimi……………………………………… 105

Şekil V.9. Rushton karıştırıcı fermenterin pH değişimi………………………………… 105

Şekil V.10. Karıştırmasız, T karıştırıcı ve Rushton Karıştırıcı fermenterlerin

pH değişimi…………………………………………………………………… 106

Şekil V.11 Metan bakterilerinin reaktif aktivitelerinin (R), pH ile değişimi…………….. 106

Şekil V.12. Karıştırmasız fermenterde üretilen biyogazın % CH4 oranı………………… 107

Şekil V.13. T karıştırmalı fermenterde üretilen biyogazın % CH4 oranı…………….. 107

Şekil V.14. Rushton karıştırmalı fermenterde üretilen biyogazın % CH4 oranı………… 108

Şekil V.15. Karıştırmasız,T karıştırıcı ve Rushton Karıştırıcı fermenterlerde üretilen

biyogazın % CH4 oranı……………………………………………………… 108

XXI

TABLO LİSTESİ

SAYFA Tablo II.1. Gelişmekte Olan Ülkelerde Biyogaz Tesisi Sayısı………………………. 5

Tablo II.2. Optimum Fermantasyon Koşulları………………………………………. 7

Tablo II.3. Biyogazın bileşenleri…………………………………………………….. 13

Tablo II.4. Biyogazın teknik özellikleri……………………………………………… 13

Tablo II.5. Basınçlara göre biyogaz depolama sistemleri……………………………. 17

Tablo II.6. Anaerobik Arıtmada Çeşitli Engelleyicilerin Engelleme Seviyesi………. 33

Tablo II.7. Çeşitli Kaynaklardan Elde Edilebilecek Biyogaz Verimleri ve Biyogazdaki

Metan miktarları……………………………………………………………. 36

Tablo III.1. Kimyasal analizlerde kullanılan yöntemler………………………….……... 65

Tablo III.2. Literatür ve güvenirlik deneyinin sınır şartları ve kimyasal analizler……… 67

Tablo IV.1. Rushhton tipi karıştırıcının standartlara göre ölçüleri..……………………... 81

Tablo IV.2. Modellemedeki sınır şartlar………………………………………………… 90

Tablo V.1. Deneyler de kullanılan atıkların kimyasal ve fiziksel özellikleri….……..…. 100

1

BÖLÜM I.

GİRİŞ ve AMAÇ

I.1. GİRİŞ

İnsanlık tarihinin hiçbir döneminde enerji göz ardı edilerek gelişme olmamıştır. Her ne

şekilde olursa olsun ilerlemenin temel gücü kesinlikle enerji olmuştur. Günümüzde enerji

kalkınmışlığın bir göstergesi kabul edilmekte, ülkelerin gelişmişliği kişi başına düşen enerji

miktarı ile ölçülmektedir.

Enerji temel iki kaynaktan sağlanmaktadır. Bunlar; yenilenemeyen ve yenilenebilen

enerji kaynaklarıdır. Yenilenemeyen enerji kaynaklarının sanayi devriminin başlamasından

günümüze kadar bilinçsizce tüketilmesi tehlike çanlarının çalmasına sebep olmuştur. En iyim-

ser hesaplar bile yenilenemeyen enerji kaynaklarının (Petrol, kömür, doğalgaz v.b. ) yakın bir

gelecekte tükeneceğini göstermektedir. Oysa gelişmeye paralel olarak enerji tüketimi de art-

maktadır. Bu durumda yenilenebilir enerji kaynaklarına yönelmek, dolayısı ile yenilenemeyen

enerji kaynaklarının tükenme sürecini yavaşlatmak bir zorunluluk olmuştur. Dünyada tüm

ülkeler bu konuda yoğun çabalar içindedirler.[1]

Günümüzde enerjinin temini ve kullanımı çok güçlü sosyal ve çevresel etkilere sahiptir.

Nüfus artışı, lüks yaşantı arzusu, maddi kazanç, hareketlilik ve iletişim ile giderek artan sayı-

daki insanın bu arzulara kavuşmak için malzemeye, teknolojiye ulaşması beraberinde artan

enerji talebini ve bu talebi karşılamak için de yoğun çabaları getirmiştir. Enerji tüketiminin

hızla arttığı ve bu alanda tüketimin yüksek boyutlara ulaştığı günümüzde, insanın alışa geldiği

enerji kaynaklarının yakında bir gelecekte tükeneceği gerçeğini, bilimsel bulgular ortaya

koymaktadır.

2

Özellikle 1973 enerji krizinden sonra, ulusal ve uluslar arası enerji problemleri günlük

yaşamın bir parçası haline gelmiş, alternatif (yenilenebilir) enerji kaynakları üzerine çok yo-

ğun bir şekilde araştırmalara başlanmıştır. , Bu yeni enerji kaynaklarının bulunması, enerji

teknolojisinin geliştirilmesi gelişmiş ve gelişmekte olan ülkelerde çalışmaların yoğunlaştığı

alanlar olmuştur. Bu alanlar temiz enerji kaynakları olarak adlandırılan jeotermal, güneş, rüz-

gar, hidrojen, biyodizel ve biyogaz enerjileri son yıllarda üzerinde en çok durulan ve araştırı-

lan konuları oluşturmaktadır.[2]

Özellikle yenilenebilir enerji kaynakları enerji potansiyellerinin yanında çevre ile

uyumlu oluşları nedeniyle önemli bir ilgi odağı olmaktadırlar. Çevresel sorunlar yaratan atık-

ların işlenerek zararsız hale getirilmesi ve enerji eldesin de kullanılabilmesini sağlayan biyo-

gaz teknolojisi, yenilenebilir enerji üretiminde önemli bir rol oynamaya adaydır.[3]

Günümüze dünyada biyogaz üzerinde birçok araştırmalar yapılmış ve bunların bir çok

kısmı da oldukça başarılı olmuştur. Biyogazın günlük hayatımıza daha çok girmesi için dünya

genelinde çalışmalar devam etmektedir.

Organik atıklardan biyogaz üretim verimliliği bazı sınır şartlarına (sıcaklık, atık cinsi,

karıştırma vb) bağlı olarak değişmektedir.

Fermantasyon materyalinin üreteci oluşturan tüm kısımlarda akıcılık özelliğine sahip

olması gerekmektedir. Ayrıca üreteç içerisinde materyalin homojen dağılması esastır. Parça-

cık büyüklüğünün olabildiğince küçük olması da fermantasyon etkinliğini artıran önemli bir

faktördür. Materyal üreteç içerisinde karıştırılmadığı durumda taban ve üst kısmında bulunan

materyalin çökelme nedeni ile kuru madde içeriği orta kısma göre daha fazla olacaktır. Bu,

bakterilerin faaliyetini azaltacağı gibi üst kısımda bulunan kuru madde içeriği yüksek olan

kısım, atığın iç kısımlarında oluşan gazın dışarıya çıkmasına engel olmaktadır.[4]

3

I.2. ÇALIŞMANIN AMACI

Marmara Üniversitesi, Teknik Eğitim Fakültesi, Makine Eğitimi Bölümü Enerji Eğitimi

Ana Bilim Dalı laboratuarında biyogaz şartlandırıcısı ve üreteçler tasarlanıp imal edilmiştir.

Cihaz sıcaklığa bağlı olarak termofolik ve mezofolik şartla da çalışan, özel manyetik karıştır-

ma düzeneğine sahiptir. Ayrıca altı adet fermantasyonun meydana geleceği 8 l ‘lik üreteçler

özel olarak plexsi glasstan imal edilmiştir.[5]

Bu çalışmada birinci aşamada; 30 büyükbaş hayvan kapasiteli çiftlikte taze ve – 4 oC

saklanan atık laboratuar ortamında belirli oranlarda su ile el matkabına özel dizayn edilmiş

çırpıcı ile 5 dakika yüksek hızda karıştırma yapıldıktan sonra 1000 ml’si kimyasal oksijen

ihtiyacı (KOİ), toplam katı oranı ve yüzdesi ( TK, % TK), uçucu katı madde oranı ( UKMO),

pH, C/N, yoğunluğu ve viskozitesi gibi kimyasal ve fiziksel özelik analizleri yapılmak üzere

laboratuara gönderilerek analiz yaptırılmıştır.

İkinci aşamada; atık aynı çaplara sahip üç üretece aynı miktarda büyükbaş hayvan

gübresi yükleme yapıldıktan sonra 1.Üretece karıştırma sistemi kullanılmadan (F1), 2. Üretece

iki kanatlı karıştırıcı (F2) ve 3. Üretece mükemmel karıştırma özelliğine sahip Baffle Rushton

türbin (F3), mezofolik ortamda (36 ±1 oC), aynı karıştırma hızında 30 d/d, aynı karıştırma sü-

resi 2 d/h ve aynı bekleme sürelerinde (gün) gibi sınır şartlarında, atığın yoğunluğuna ve 35 oC deki viskozitesine ve kullanılan karıştırıcıların ölçülerine bağlı olarak her bir karıştırıcının

akışkana kazandırdığı hareketi STAR CD akışkan izleme programında çalıştırılarak vektörel

hız dağılımları tespit edilerek karıştırıcıların performansı ve verimlilikleri incelenmiştir.

Üçüncü aşamada; birinci ve ikinci aşamalardaki sınır şartlar sağlandıktan sonra, üre-

teçler özel imal edilmiş biyogaz şartlandırıcısına konulduktan 24 saat sonra günlük olarak her

bir üretecin biyogaz üretim miktarı, üretilen biyogazın içeriğindeki % CH4 oranı ve reaksiyon

süresince pH ‘ değişimi grafik ve şekiller üzerinde incelenerek, üreteçlerde farklı şekillerdeki

karıştırıcılarla ve karıştırma yapılamayan üreteçteki biyogaz üretim miktarları incelenmiştir.

Yapılan incelemeler yorumlanarak önerilerde bulunulmuştur.

4

BÖLÜM II.

GENEL BÖLÜM

II.1. GENEL BİLGİLER

II.1.1 Biyogazın Tarihçesi

İnsanoğlu 200 yıldan daha fazla bir süredir biyogazı kullanmaktadır. Elektrik kullanı-

mından önce Londra da fosseptik çukurlardan alınan gaz ile sokak aydınlatmasında kullan-

mışlar ve gaz lambası ismini vermişlerdir. Daha sonra dünyanın pek çok yerinde ısıtma, ay-

dınlatma ve pişirme amaçlı kullanmışlardır[6].

Biyogaz dediğimizde çoğu metandan oluşan gaz karışımı 17.yüzyılda bataklıklarda

fark edilmiş ve bataklık gazı olarak adlandırılmıştır. Daha sonraları 19. yüzyılda biyogazın,

organik atıkların havasız şartlarda bozunmaları ile oluştuğu belirlenmiştir.

Biyogaz konusundaki ilkyazılar 1682 yılında Robert Boyle ve Denis Papin ile 1727

yılında Stephen Hales tarafından yazılmıştır. 1895 yılarında İngilizler biyogaz teknolojisini

geliştirerek çok amaçlı kullanmıştır[7].

1821 yılında Avogadro CH4 ‘ ü metanın simgesi olarak açıklamıştır. 1887 yılında

Popoff, Tappeiner ve Hoppe-Seyle’in selülozun parçalanması ve metan fermentasyonu

üzerine birer çalışmaları bulunmaktadır. 1884’de tanınmış bilim adamı bakteriyolog Pastör at

gübresinden biyogaz elde etmiş ve bu gazı Paris caddelerinin aydınlatmasında kullanmıştır.

1955–1972 petrol fiyatlarının düşmesi biyogaza olan ilgiyi azaltmıştır.

5

1973–1975 yılında başlayan petrol sıkıntısı ve dünyada enerji fiyatlarının yükselmesi

biyogaz konusunu tekrar gündeme getirmiştir. Gelişmiş ülkelerde ve onların önderliğindeki

güney ülkeleri ve Doğu Asya ülkelerinde araştırma, demonstrasyon ve üretim amaçlı ülkelerin

kendi koşullarına uygun biyogaz üreteçleri kurulmaya başlanmıştır. Almanya’ da 3 yıl

içerisinde 58 adet tesis kurulmuştur. Aynı yıl Avrupa Topluluğu ülkelerindeki tesis sayısı da

300’ü bulmuştur. 1985–1990 yıları arasında biyogaz tesisi yapımı yavaşlamıştır. 1990

yılından itibaren özellikle Almanya’da enerji yasasındaki değişiklikler, konfermentasyon

teknolojisindeki gelişmeler, gaz motoru ve jeneratör ikilisinin kolay kullanımı, H2S’nin gaz

içerisinden temizlenebilmesi biyogaz teknolojisinin tekrar kullanılmaya başlanmasına

yardımcı olmuştur.

Günümüzde biyogaz teknolojisi enerji üretiminin yanı sıra çevre koruma açısından da

büyük öneme sahip olduğu için başta gelişmiş ülkeler olmak üzere biyogaz konusunda büyük

gelişmeler göstermektedir.[2]

II.1.2. Dünyada ve Türkiye’de Biyogaz

Hayvansal atıklardan yararlanılarak, ilk kez biyogaz üretimi İngiltere’de gerçekleştirilmiş ve

elde edilen biyogazla 1985’de Ekseter kenti caddeleri aydınlatılmıştır. Bunu 1900’de Hindis-

tan Bombay ‘da kurulan biyogaz üretici izlemiştir. 1900’lü yılların ilk çeyreğinde biyogaz

dünyada yaygınlaşmaya başlamıştır. Bazı dünya ülkelerinde biyogaz hakkındaki yaptığı ça-

lışmalar şunlardır.

Dünya’da kurulu havan gübresinden biyogaz tesislerinin %80’i Çin’de, %10’u Hindis-

tan, Nepal ve Tayvan’da ve geri kalanı diğer ülkelerde kuruludur. Çeşitli ülkelerde kurulu

biyogaz tesis dağılımı Tablo II.1 ’de verilmiştir.

Tablo II.1. Gelişmekte Olan Ülkelerde Biyogaz Tesisi Sayısı

Ülkeler Tesis Sayısı

Çin 7.000.000

Hindistan 2.900.000

Kore 29.000

Brezilya 2300

Bangladeş 566*

Nepal 49500 *: Yarısı Çalışmıyor.

6

Bangladeş’te kurulu çoğu tesislerin çalışmamasının sebebi, çizim, inşaat ve bakım

problemidir. Bangladeş’teki farklı uygulama otoritelerinin olması bu durumu daha da olum-

suz etkilemektedir. Mevcut halde idari ve teknik içyapı bu sistemin gelişmesini engellemekte-

dir.

Biyogaz tesislerinin yanı sıra, şebeke ile bağlantılı çalışan “çöp termik santralleri”

ile elektrik üretimi sağlanabilir.

Avrupa da yemek ve gübre artıklarından enerji araştırmaları gün geçtikçe artmaktadır.

Danimarka’da 19, Almanya’da 11 ve İsveç’te 10 tane biyogaz üretim tesisi yapımı devam

etmektedir.[8]

Türkiye bir tarım ve hayvancılık ülkesidir. Türkiye’de biyogaz ile ilgili çalışmalar

1957 yılında başlamıştır. 1975 yılından sonra Toprak su Araştırma Enstitüsü ve 1980’li yıl-

larda Köy Hizmetleri Genel Müdürlüğü kapsamında yürütülen biyogaz üretimi çalışmaları

uluslararası bazı anlaşmalarla desteklenmiş olmasına karşın 1987 yılında anlaşılmayan bir

nedenle kesilmiştir.

1957 yılında Toprak ve Gübre Araştırma Enstitüsü’nde başlanmıştır. O yıllarda son

derece hevesli bir kadro bu iş için çalışmış, daha sonra 1963–1969 arasında Eskişehir Bölge

Toprak su Araştırma Enstitüsü’nde olay ilerlemiştir. 1982’de Türkiye’de ciddi bir biyogaz

projesi başlatılmış ve pilot uygulamalar gerçekleştirilmiştir. Bu sırada Türkiye’nin biyogaz

potansiyeli 2,8–3.9 milyar m3 olarak belirtilmiştir. Daha sonra biyogaz, Merkez Toprak su

Araştırma Merkezi Ankara’da şimdiki adıyla Köy Hizmetleri Ankara Araştırma Enstitüsü’nde

çalışma alanı olmuştur. O tarihte, her ile 3 tane, bölge merkezlerine 5 adet biyogaz tesisi kuru-

lumu planlanmış, işletmeye açılmıştır. Bu sırada da mevcut özel girişimlere kredi ve teknik

yardım sağlanmış. Fakat ne yazık ki tesisler işletilememiştir. Çünkü yeterli bir eğitim, üretici-

lere danışacak kurum ya da kişi bulunamamıştır. Bu nedenle biyogaz üretimleri olumlu bir

sonuç ile maalesef sonlanmamıştır. Köy Hizmetleri Genel Müdürlüğü konuya hala önem

vermektedir. [9,10,11]

7

Günümüz de Türkiye de Üniversitelerin Teknik Eğitim, Fen Edebiyat, Mühendislik

Fakülteleri’nde ve Fen Bilimleri Enstitü’lerinde birçok çalışma yapılmaktadır.[11]

II.1.3. Biyogaz Tanımı ve Oluşumu

Biyogaz, organik materyallerin (gübre, bitkiler, çöp, yemek artığı, kimyasal atıklar,

vb.) anaerobik koşullarda biyokimyasal fermantasyon ve mikrobiyolojik faaliyet sonucu par-

çalanması ile elde edilen,% 20 havadan daha hafif olan, kalorifik değeri 20 MJ/m3 bileşiminde

%40–75 metan (CH4), %25–60 karbon dioksit (CO2) ve %2 hidrojen sülfür(H2S),azot (N)

bulunan yanıcı bir gaz karışımıdır.[6]

II.1.3.1. Biyogazın Kimyasal Oluşumu

Bütün ölü bitki ve hayvansal maddeler bozunmaya uğrar. Bu bozunma veya ayrışma,

bakteri adı verilen organizmalar tarafından gerçekleştirilir. Bazı bakteriler bu bozunmayı ha-

valı ortamda gerçekleştirirler. Bunlara aerobik bakteri adı verilir. Diğer bazı bakteriler ise bu

bozunma işlemini havasız ortamda gerçekleştirirler ki bunlara da anaerobik bakteri adı verilir.

Bataklıkların dibindeki ölü bitkisel ve hayvansal maddeler anaerobik bir ayrışmaya uğrarlar

ve sonunda yüzeyde gaz kabarcıkları çıkmaya başlar. (CH4, CO2 ve H2 gazları)[12].

Tablo II.2. Optimum Fermantasyon Koşulları [2]

Faz

Proses

Işık

Oksijen

Sıcaklık(oC)

Uçucu

asit

pH

Oksidasyon

redüksiyon

gerilimi

Faz I

Hidroliz ve

asit

fermantsiyonu

Karanlık

Fakultativ

30–40

%2–4

4–4.5

+100/-100

Faz II

Metan fer-

mantasyonu

Karanlık

Obligate

Mesofilik30–

40

Termofilik

50–55

300

mg/l

daha az

6.5-7.5

-150/-400

8

Çevre şartlarının ideal olduğu ve fermantasyon için yeterli miktarda bakteri bulunduğunu

varsayarak ne dereceye kadar fermantasyon olacağı reaksiyon süresine bağlıdır, yani belli

limitler içinde fermantasyon da buna bağlı olarak azalır.

Fermantasyonun tamamlanabilmesi için gübrenin fermantörün içinde kalması gereken

zamana alıkoyma süresi denmektedir. Bu alıkoyma süresi ortamın sıcaklığı ve ortamdaki bak-

teriler için gerekli besin miktarıyla çok yakın ilişkilidir.

Pratikte normal yaş sığır gübresi eşit miktarda veya belirli oranlarda su ile karıştırılmak

suretiyle optimum katı madde oranı yaklaşık olarak sağlanır. Katı madde oranı değişen iklim

şartlarına göre değiştirilmektedir. Yazın gaz üretiminin yüksek olduğu zamanlarda toplam

katı madde oranı azaltılır, kışın ise çoğaltılır. Anaerobik fermantasyonu verimli bir şekilde

kontrol edebilmek için bazı parametrelere ihtiyaç vardır. Bunların en önemlileri sıcaklık ve

pH’tır. Anaerobik fermantörde meydana gelen reaksiyonlar bir bakteri topluluğunun aktivite-

si sonucunda fermantasyon bakterilerinin en verimli şekilde çalışmasını sağlayabilmek için

uygun bir sıcaklık sağlanması çok önemlidir.

Belirli limitler çerçevesinde sıcaklığın artması fermantasyon hızının artmasını sağlar. En

önemli husus ortam sıcaklık sabit tutabilmektir. Ani sıcaklık değişimleri 1-2oC dahi olsa me-

tan fermantasyonunun kesilmesine ve yağ asitlerinin birikmesine neden olur.

Uçucu asit konsantrasyonunun çok fazla yükselmesi (pH’ın çok düşük olması) amonyak

azotu konsantrasyonunun yükselmesi, metan üreten bakterileri öldürür. Bunun yanında, zirai

antiseptik maddeler, özellikle toksit olanlar bakterileri yok edebilir. Deterjanlar, ağır metaller-

de belli bir konsantrasyonun üstündeki bazı tuzlar (Na Cl) anaerobik fermantasyonu önleyici

etki yaparlar. Bu sebeple hammaddeye, bu gibi zararlı maddelerin herhangi bir şekilde karış-

masını kesinlikle önlemek gerekir.

II.1.3.2. Fermentasyon ve Metan Oluşumu

Organik materyallerden metan fermantasyonu oldukça karmaşık, günümüze kadar ay-

rıntılı incelenmemiş biyokimyasal bir olaydır. Doğadaki en önemli madde dolaşım zincirle-

rinden birisi olmasına rağmen henüz tam anlamıyla fotosentezde olduğu gibi açıklığa kavuş-

turulamamıştır. [2]

9

Şekil II.1. Metan Fermantasyonunun Prensibi

Şekil II.2. Farklı Ürünlerden Metan üretim Oranları

CO2 burada H2 için oksidasyon materyali görevini görmektedir. Aynı zamanda hücreler

için de karbon kaynağıdır. Optimum fermantasyon şartları Tablo II.2 de verilmiştir.

Oksijensiz yaşam çeviriminde oluşum sürecinde organik materyallerden metan ve diğer

gazları (CO2, N2, H2S, O2 vb.) üreten bakteriler vardır. Biyoatıklar da Salmonella, Listeria,

Escherichia coli, Campylobacter, Mycobacteria, Clostridia ve Yersinia gibi birbirinden farklı

patojenik bakteri içermektedir.[ 13,14]

10

Hayvan gübresi içindeki organik maddelerin anaerobik şartlarda mikroorganizmalar

vasıtasıyla sindirilerek metan üretimi 3 kademede gerçekleşmektedir.

Şekil II.3. Organik maddelerin anaerobik şarlarda sindirilmesi

II.1.3.2.1. Birinci Kademe

Birinci kademede çamur içindeki çözünür olmayan organik maddeler mikroorganiz-

maların salgıladığı ekstra selular enzimlerle çözünür hale dönüştürülür. Bakteriler; uzun zin-

cirli kompleks karbon hidratları, proteinleri, yağları ve lipitleri kısa zincirli yapıya dönüştü-

rürler. Bazı liftli organik maddeler çözünür hale dönüştürülemez. Dolayısıyla bu maddeler

bioreaktörde birikebilir veya reaktörden bozunmadan çıkabilir. Su ve inorganik maddeler

bioreaktörde değişmeden birikebilir veya reaktörden çıkabilir. Sindirilmemiş organik madde-

ler koku problemi oluşturur.

Uzun zincirli polisakkaritler mono sakkkaritlere, proteinler peptidlere ve amino grup

asitlere dönüşürler. Proteinlerin, karbon hidratların ve lipitlerin daha basit organiklere dönü-

şümü Şekil II.4 verilmiştir.

Selüloz ve lignin gibi karmaşık maddeler zor hidrolize olurlar veya hiç hidrolize ol-

mazlar. Bu tür maddelerin bozunma reaksiyon hızı çok düşüktür.

11

Şekil II.4. Kompleks organik maddelerin basit organik maddelere dönüşmesi

II.1.3.2.2. İkinci Kademe

Asit oluşturucu bakteriler, çözünür hale dönüşmüş organik maddeleri asetik asit başta

olmak üzere uçucu yağ asitleri, hidrojen (H2) ve karbondioksit (CO2) gibi daha küçük yapılı

maddelere dönüştürürler. Bu bakteriler anaerobiktir. Asidik şartlarda büyürler. Asetik asit gibi

uçucu yağ asit bakterilerinin büyümesi ve çoğalması için oksijene ve karbona ihtiyaçları var-

dır. Bakteriler çözeltideki bağlı haldeki oksijeni kullanarak sağlarlar. Asit oluşturucu bakteri-

ler metan oluşturucu bakteriler için anaerobik şartlar oluştururlar. Uçucu yağ asitlerden başka

asit bakterileri organik bileşikleri daha düşük moleküllü alkollere, organik asitlere, amino

grup asitlere, karbon dioksite, hidrojen sülfüre ve esas miktarda metana dönüştürürler. Hava-

sız reaktörlerin işletmeye alınması safhasında uçucu yağ asidi konsantrasyonu fazla olması

istenmez. Asit üretim hızı metan üretim hızına göre daha büyüktür. Organik madde konsant-

rasyonundaki ani artışlar asit üretiminin artmasına ve pH düşmesine neden olur. Buda metan

bakterileri üzerinde inhibasyon etkisi yapar.

II.1.3.2.3. Üçüncü Kademe

Metan oluşturucu bakteriler, asetik asitlerini parçalayarak ve/veya hidrojen (H2) ile

karbon dioksit (CO2)‘nin sentezi sonucu biyogaza dönüştürürler. Havasız şartlarda üretilen

metanın yaklaşık %30’u hidrojen gazı ile karbondioksit gazından, %70’i ise asetik asit’in par-

çalanmasından oluşur. Tüm uçucu organik asitler ve çözünen organik bileşikler biyogaza dö-

nüşmez. Bazı organik maddeler arıtılmadan deşarj olur.

12

Şekil II.5. Metanogenik bakteri [15]

II.1.4. Buswell Eşitliği

Biyogazın içeriğindeki metan(CH4) ve karbondioksit (CO2 ) oranını Buswell eşitliğin-

den yararlanarak tespit edilebilir[16].

Cn Ha Ob + ( n - 4a -

2b ) H2 ⎯→⎯ (

2n -

8a +

4b ) CO2 + (

2n +

8a -

4b ) CH4 (2.1)

Buswell eşitliğindeki n, a ve b birer sayısal değeri ifade etmektedir. Buna

Polisakkaridler bir örnek denlem yazılırsa;

C6H10O5 + H2O --------> 3 CH4 + 3 CO2 (2.2)

Metan üretim süreci yavaştır. Havasız arıtmada hız sınırlayıcı safha olarak kabul

edilmektedir. Metan oluşturucu bakterilerin kullanılabilecekleri besin maddeleri oldukça sı-

nırlı olup bunlar asetik asit, hidrojen (H2) ve tek karbonlu bileşiklerdir. Sulu ortamlardaki dip

çamurları ve evsel çamur, çürütme tesislerindeki CH4’in %70’ı, asetik asidin metil grubundan,

geri kalanı ise CO2 + H2’den üretilmektedir. Metan oluşturucu bakteriler asidojenik ve

asetojenik bakterilerin aksine çevresel şartlara karşı çok hassastırlar[17].

II.1.5. Biyogazın Bileşenleri, Özellikleri ve Kullanım Alanları

Biyogazın bileşimi elde edildiği organik maddenin cinsine ve fermantasyon şekline bağ-

lı olarak değişir.

Şekil II.6. Biyogaz içindeki CH4 ve CO2’nin yüzdelik oranı

13

Tablo II.3. Biyogazın bileşenleri[18]

Biyogazın Bileşenleri

Bileşenler Sembol Yüzdelik

Metan CH4 40 – 70

Karbon dioksit CO2 30 – 60

Hidrojen H2 5 – 10

Azot N2 1 – 2

Su Buharı H2O 0.3

Hidrojen sülfür H2S Az Miktarda

II.1.5.1. Biyogazın Özellikleri

Biyogaz da endüstri ve sanayide kullanılan diğer gazlar gibi bir takım kendine özgü

özelliklere sahip olmaktadır.

Tablo II.4. Biyogazın teknik özellikleri [19]

Özellik Açıklama

Yanma Yüksek derece

Kullanım alanları Elektrik enerjisi, Pişirme, ısıtma, soğutma, Kurutma vb.

Yoğunluk 1.2 kg/ m3 (Havanın yoğunluğu 1.3 kg/ m3)

Tutuşma sıcaklığı 700 oC

Tutuşabilir sıcaklık CO2 içerdiğinden düşüktür

Tutuşma oranı Hava-gaz karışımını 6/12 biyogaz

Yanma için gerekli hava Teorik olarak 5.7 m3hava/ m3biyogaz

Pratik olarak % 20–30

Patlama

Biyogaz tek başına yanmaz, çok dikkatli bir şekilde depo-

lanmalıdır hava ile teması veya gaz depolama kısmında

sızma yoksa tehlikesi yoktur.

Rengi Renksiz

Biyogazın ısıl değeri ortalama 23000 kj/ m3 (4700 – 6000 kcal/m3

Kokusu Metan kokusuzdur fakat diğer gazların içeriğinden dolayı

sarımsak kokusuna benzer bir kokusu vardır

14

II.1.5.2. Biyogazın Özellikleri

Biyogaz hidrojen dışında diğer gaz formunda bulunan enerji kaynaklarına göre daha

düşük enerji içeriğine sahiptir. Hava içerisinde bulunduğu durumda tabana çökelmez. Bu ne-

denle havayla daha hızlı karışır ve havadaki oranı düşer. Bu, ani patlama ve yanma tehlikesini

azaltmaktadır. Tutuşma sıcaklığının yüksek olması bu açıdan önemli bir avantaj olarak değer-

lendirilmelidir. Hava içerisinde yanma hızı ( 0,25 m/s) düşüktür. Bunun nedeni CO2 içermesi-

dir. Yanması için hava içerisinde en az % 5 oranında bulunmalıdır. Yanması için 1m3 biyoga-

za 5,7 m3 hava gereklidir. Ancak bu oran ideal bir yanmanın sağlanması için % 20–30 olarak

seçilmektedir.

Biyogazın yanması için gerekli miktarda hava ile karışması ve tutuşma sıcaklığına

ulaşması gerekmektedir. Bu nedenle yanma ortamından geriye doğru alevin ilerleme tehlikesi

çok azdır.[2]

Biyogazın yanması sonucu su buharı, CO2, SO2, azot oksitler, karbon monoksit ve is

oluşmaktadır. SO2 ‘ nin nedeni gazda bulunan H2S’ dır. Biyogazdan temizlenmesi durumunda

kükürt dioksitin oranı azalır[2]

Normal şartlar altında 1 m3 biyogaz

= 0,66 lt motorin 0,62 litre gazyağı

= 0,75 lt benzin 1,46 kg odun kömürü

= 0,25 m3 propan 3,47 kg odun

= 0,2 m3 bütan 12,3 kg tezek

= 0,85 kg kömüre 4,70kWh elektrik enerjisi

Şekil II .7. Biyogazın LPG ocaklarında yakılması[20]

Yandığı zaman alev rengi LPG gazlarda olduğu gibi mavidir. Normal kullanılan soba-

larda yakıldığı zaman % 60 verim sağlanmaktadır.[21]

15

Biyogaz üretim şekline göre genellikle nemlidir. Bu nedenle tesisatta biriken suyun za-

manla alınması gerekir. Biyogaz içerisindeki metan gazı yanma ve ısıl değerleri yönünden

diğer gazlara benzemekle birlikte bazı fiziksel özellikleri yönünden propan ve bütan gazların-

dan farklıdır.

Metan gazı miktarı uzun bekleme sürelerinde yüksektir. Bekleme süresi kısaltılırsa me-

tan içeriği % 50’nin altına düşer, bu durumda biyogaz uzun süreli yanmaz. Propan bütan vb

gazlar oda sıcaklığında, düşük basınçlar da sıvılaştırılabilirken biyogazın sıvılaştırılması çok

yüksek basınç ve düşük sıcaklık gerektirdiğinden ekonomik olarak çok masraflıdır. Bu neden-

le tüplere doldurulmamakta ve ancak üretildiği yerde kullanılabilmekte veya taşınması boru-

larla yapılabilmektedir. Biyogaz kolayca bozulmayan sabit bir yapıya sahiptir. Metan gazı

değeri beslenme materyallerine bağlıdır.

II.1.5.3. Biyogazın Avantaj ve Dezavantajları

Hayvansal ve bitkisel organik atık/artık maddeler, çoğunlukla ya doğrudan doğruya

yakılmakta veya tarım topraklarına gübre olarak verilmektedir. Bu tür atıkların özellikle yakı-

larak ısı üretiminde kullanılması daha yaygın görülmektedir. Bu şekilde istenilen özellikte ısı

üretilemediği gibi, ısı üretiminden sonra atıkların gübre olarak kullanılması da mümkün ol-

mamaktadır. Biyogaz teknolojisi ise organik kökenli atık/artık maddelerden hem enerji edesi-

ne hem de atıkların toprağa kazandırılmasına imkân vermektedir.

• Ucuz - çevre dostu bir enerji ve gübre kaynağıdır.

• Atık geri kazanımı sağlar.

• Biyogaz üretimi sonucunda hayvan gübresinin kokusu hissedilmeyecek ölçüde yok

olmaktadır.

• Hayvan gübrelerinden kaynaklanan insan sağlığını ve yeraltı sularını tehdit eden

hastalık etmenlerinin büyük oranda etkinliğinin kaybolmasını sağlamaktadır.

• Biyogaz üretiminden sonra atıklar yok olmamakta üstelik çok daha değerli bir or-

ganik gübre haline dönüşmektedir.

• Biyogaz temiz ve ısı değeri yüksek bir enerji kaynağıdır.

• Biyogaz üretiminden sonra atıklar yok olmamakta üstelik çok daha değerli bir

gübre haline dönüşmektedir.

• Biyogaz üretimi sonucu hayvan gübresinde bulunabilecek yabancı ot tohumları

çimlenme özelliğini kaybetmektedir.

16

II.1.5.4. Üretilen Biyogaz Miktarının Ölçülmesi

Büyük tesislerde biyogazın depolanacağı yere gazı iletecek olan boruların çaplarının belir-

lenmesi için borulardan geçen biyogazın hızı şekil 2.8 de gösterilmektedir.

(2.2)

Şekil II. 8. Borulardaki biyogazını hızının ölçülmesi. P:Basınç(cm), L: Boru uzunluğu(m), d:

borunun çapı(cm), c: borudaki sürtünme (çelik galvaniz borular için 2,24), s: havaya bağlı

yoğunluk ve Q: gaz akışı(m3/h).[22]

Bir su teknesinin içine daha önce ml ölçüm cinsinde dik konulmuş bir cam tüpün içine

bir hortum konularak tüpün içine biyogaz girişi sağlanarak suyun ve biyogazın yer değiştirme

yöntemi ile biyogaz miktarı ölçülebilmektedir.

Biyogazın ihtiva etmiş olduğu metan miktarı büyükbaş hayvanların günlük besi değer-

leri ile orantılı olarak değişebilmektedir.

Şekil II.9. Küçük ölçekli biyogaz miktarı ölçüm düzeneği [23]

II.1.5.5. Biyogazın Depolanması

Anaerobik arıtma sonucu oluşan biyogaz farklı tip kaplarda depolanır. Bunlar;

1. Su sızdırmaz, yüzebilir gaz tutucu

17

2. Gaz torbaları 3. Yüksek basınçta depolamak için ayrı gaz tanklarıdır.[17]

Biyogazın çoğu metandır ve kolay depolanamayan bir yakıttır. Metan -82,5 oC ‘de ve

47,5 bar basınçta sıvılaşmaktadır.

Tablo II.5. Basınçlara göre biyogaz depolama sistemleri[24]

Basınç Depolama şekli Kullanılan deponun malzemesi Düşük (0,138–0,414 bar) Su Sızdırmaz Gaz Tutucu Çelik Düşük Gaz torbası Lastik, Plastik, Vinil Orta basınç (1,05–1,97 bar) Propan veya bütan tankı Çelik

Yüksek basınç (200 bar) Ticari gaz Silindirler Alaşım

Biyogaz üretimi organik atıkların kontrollü-uygun koşullarda depolanmasını sağlar.

Çiftlik kökenli organik atıkların-gübrelerin kontrolsüz depolanması yeraltı-yerüstü sularının,

toprağın ve havanın kirlenmesine neden olur. Gübrenin içerdiği azotlu bileşenler toprakta

depolanır, yıkanır ve gaz halde atmosfere karışır. Azot, nitrat formunda (NO3-) yeraltı suyuna

karışarak, amonyak halinde (NH3) azot oksit yağmurlarına neden olarak ve azot oksit (N2O)

yapısında da sera etkisine neden olarak çevreyi kirletir. Gübreden ayrıca metan gazı (CH4 )

çıkışı havayı kirletmektedir. Azot oksitler karbondioksitten (CO2) 150 kat daha fazla ozon

tabakası için zarar oluşturmaktadır. Biyogaz üretimi sonrasında organik yapıdaki C/N oranı

küçülür; böylece NH3, CH4 ve N2O ve nitrat kirleticileri azalır.

18

Şekil II.10. Biyogazın depolanması [9]

II.1.5.6. Biyogazın içindeki CO2 ve H2S Bertaraftı

Biyogazın içindeki CO2 ve H2S yanmayı olumsuz yöne etkilediği ve biyogazın yanma

verimini düşürdüğü için çok değişik yöntemlerle bertaraf edilebilir.

Saf metan elde etmek için, biyogazı yıkama metodu kullanılmaktadır. Üretilen biyoga-

zı belirli miktarlardaki 5 NH2SO4 ve 10 N KOH gibi asit çözeltilerden geçirilerek yapılmak-

tadır.

Şekil II.11. Biyogazı yıkama yöntemi [25]

II.1.5.6.1. Biyogazın İçindeki CO2 Bertaraftı

• Fiziksel soğurma

• Kimyasal soğurma

• Bir katı yüzey üzerinde adsorpsiyon

19

• İnce zardan geçirme

• Kriyojenik ayırma

• Kimyasal reaksiyon metodu

II.1.5.6.2. Biyogazın İçindeki H2S Bertarafı

• Kuru oksidasyon süreci

• Demir oksit adsorpsiyon kullanarak [26]

II.1.5.7. Biyogazın Kullanımı

Biyogazın üretiminin temel amacı çevreye zarar vermeden ısı ve elektrik enerjisi üretimidir.

Ancak bunun kadar önemli bir diğer amacı da organik atıkların kontrollü koşullarda depolan-

masının sağlanması, arıtma etkisinin bulunması, organik atıklardan kaynaklanan koku soru-

nunu büyük ölçüde çözmesi ve tarımda organik gübre kullanımını kolaylaştırmasıdır. Biyogaz

üretiminin amaçları aşağıdaki şekilde özetlenebilir[27]

Biyogazın evsel amaçla kullanımında verim % 80’e ulaşmaktadır. Bu amaçla AB ülke-

lerinde geliştirilmiş birçok sistem bulunmaktadır. Günümüzde biyogaz büyük oranda elektrik

üretimi amacıyla kullanılmaktadır. Gaz motorunun soğutma suyu üretecin ısıtılması için kul-

lanılarak sistemin enerji bilânçosu iyeleştirilmektedir. Özellikle F.Almanya, Danimarka, Hol-

landa, İsveç ve benzeri ülkelerde yaygındır.

Biyogazın elektrik üretiminde genelde izlenen iki yöntem bulunmaktadır. Birincisinde

işletmenin gereksinim duyduğu miktarda enerji üretilmektedir. Bu sistemde gazın depolanabi-

leceği yeterli büyüklükte deponun bulunması gerekir. İkinci sistemde ise üretilen tüm biyogaz

elektrik enerjisi için kullanılır. İşletmenin ihtiyacı dışında kalan elektrik enerjisi satılır.

II.1.5.7.1. Biyogazın Motorlarda Kullanımı

Günümüzde biyogaz içten yanmalı motorlarda yakılarak elektrik üretiminde kullanıl-

maktadır. Yapılan küçük ölçekli deneylerde içten yanmalı motorların kapasite oranı 200

kW’tan daha düşüktür ve bunun % 25 daha az miktarıda elektriğe dönüşmektedir[28].

Büyük motorlar bunun büyük bir kısmını yararlı elektriğe çevirebilir bir motor % 38

verimlilikle biyogazı 600–1000 kW arasında yararlanılabilecek elektriğe çevirebilirler[29].

Özel dizayn edilmiş biyogaz motor çeşitleri;

20

• Dört zamanlı dizel motor

• Dört zamanlı ateşlemeli motor

• Çevrimli dizel motor

• Çevrimli ateşlemeli motor’dur

Şekil II.12. Biyogazın motorlarda kullanımı [30]

Birçok ülkede otobüslerde ve diğer taşıma araçlarında dizel motorlara alternatif enerji

ve çevreci olarak bakılmaktadır. Biyogazın kullanıldığı motorların gürültü seviyesi dizel kul-

lanılan motorların gürültü seviyesinden düşüktür bu pozitif bir sebeptir, ayrıca egzoz gazının

emisyonu dizel motorların egzoz gazının emisyonundan çok daha düşüktür ve nitrojen oksit

emisyonu çok düşüktür.[19]

Şekil II.13. Biyogazın jeneratörlerde kullanımı[31]

21

Yüksek maliyete rağmen filtre içerisinde, yüksek yoğunlukta çelik kullanılmalıdır.

Filtre edilmeyen gaz motorlarda kullanılabilir. Gaz basıncı motor emişinden dolayı düşük

olabilir. Motoru çalıştırmak için biyogaz kullanımı pek yaygın değildir. Biyogaz yüksek yan-

ma sıcaklığına sahip olduğundan dizel yakıtı ile karıştırılarak kullanılabilir. Buji ile ateşlemeli

motorlarda % 100 biyogaz kullanılarak çalışma sağlanabilir. Biyogaz dizel yakıtından daha

yavaş yanar bu nedenle motor devri 2000 d/d’dan daha düşük motorlarda kullanılmalıdır.[32]

Şekil II.14. Biyogazın Tarım, Çevre ve Enerji ile ortak kullanımı

II.1.5.7.2. Biyogazın Evsel Cihazlarda Kullanımı

Biyogaz diğer yanıcı gazların kullanıldığı yerlerde kullanılabilir. Biyogaz hava ile

1/20 oranında karıştırılırsa yüksek patlama meydana gelir. Biyogaz kullanılırken kullanılan

aletin ayarlarının iyi olması gereklidir. Gaz basıncı 5-20 cm SS ise pişirme için çok ideal bir

basınçtır. Lambalar yaklaşık 10 cmSS’na ihtiyaç duyarlar. Biyogaz kullanılan lambalar düşük

verimlidir. Fitilleri uzun süre dayanmaz Biyogazın fitile gelmeden önce hava ile karıştırılması

önemlidir. Biyogaz ünitelerinde hidrojen sülfatın yoğuşması ile aşındırıcı asitler oluşur. Bu

nedenle su ısıtıcıları, buzdolapları kısmi risk taşırlar. Yanmanın meydana geldiği yerlerin

(ocak vb) dökme çelikten veya yüksek yoğunluktaki emayeden olmalıdır. Biyogazın içerdiği

sülfat demir oksit filtre ile giderilebilir.

22

Şekil II.15. Biyogazın evsel cihazlarda kullanılması[33]

Biyogaz sistemleri, kullanıcılar için pek çok bakımdan avantaja sahiptir. Her şeyden ön-

ce biyogaz sistemlerini kullananlar bu sistemleri organik gübre ve enerji üretiminin doğal bir

kaynağı olarak görmelidirler. Pek çok kesim tarafından, biyogaz üniteleri enerji üreten sistem-

ler olarak görülmektedir. Bu yaklaşım doğrudur. Fakat bir biyogaz sisteminden elde edilen en

önemli ürün enerji değil, organik gübredir.

Biyogazlı tek gözlü ocak

Biyogazlı çift gözlü ocak

Biyogaz pirinç pişirme tenceresi

Biyogaz su ısıtıcısı

Biyogaz lambası

Biyogaz sayacı

23

Şekil II.16. Biyogazın üretim ve kullanım alanları [31]

24

II.1.6. Biyogaz Üretimini Etkileyen Faktörler

Biyogaz enerjisinin üretimine etken eden faktörler çeşitlidir. Bunlar biyogaz üretimi

sırasında fermantasyonu etkileyerek oluşacak gaz miktarını ve gazın CH4 miktarını etkilemek-

tedirler. Bunlar;

II.1.6.1. Biyogaz Tesisinde Kullanılacak Materyal İle İlgili Faktörler

Biyogaz farklı atıkların oksijensiz ortamda reaksiyona girmesi ile üretilen gaz olduğu

için, üretilen gazın miktarı ve kalitesi doğrudan, tesiste kullanılacak atığın kimyasal ve fizik-

sel özellikleri bakımından birçok faktöre dikkat edilmelidir.

• Materyalin cinsi ve içeriği

• Kuru madde ve organik kuru madde oranı

• İçerdiği yataklık miktarı

• Partikül büyüklüğü

• Yabancı madde oranı

• Yoğunluğu

II.1.6.2. Biyogaz Sistemindeki Üreteçle İlgili Özellikler

Biyogazın üretim miktarı ve verimliliği açısından atığın işlenecek olan üretecin, atıklar-

dan biyogazın üretim sınır şartlarını sağlaması gerekir.

• Üretecin boyutları ve hacmi

• Üretecin yapıldığı malzeme

• Karıştırma, yükleme ve boşaltma sisteminin özellikleri

• Isıtma sistemi ve yalıtım özellikleri

• Bulunduğu yer

II.1.6.3. İşlem Süreci ile İlgili Özellikler

• Uçucu katı madde (UKM) oranı ve organik kuru madde oranı

• Hidrolik yükleme oranı ve bekleme süresi

• Fermantasyon sıcaklığı

• Kuru madde ve organik kuru madde oranı [2]

25

II.1.7. Fermentasyon Esnasında Biyogaz Üretimini Etkileyen Faktörler

Biyogazın kimyasal oluşumunu etkileyen birçok faktör bulunmaktadır.

II.1.7.1. Sıcaklık

Metan bakterileri 0 oC ile 70 oC arsında aktiftirler, nadir rastlanan bazı cinsleri 90 oC

‘ye kadar canlılıklarını sürdürebilirler. En düşük sıcaklığın 3–4 oC olması gerektiğine karşılık

0 oC ‘de gaz üretimi olabilmektedir[34]. Temel olarak sıcaklığın yükselmesinin biyokimyasal

reaksiyonları hızlandırdığı bilinmektedir. Fermantasyon sırasında oluşan olaylar enzimler

tarafından kontrol edilirler veya enzimler katalizatör görevi görürler. Enzimlerin etkilerinin

veya enzim miktarının sıcaklığa bağımlı olması biyogaz fermantasyonunun sıcaklığa bağımlı

olmasına neden olmaktadır.

• Sakrofilik (Fizofilik) bakteriler ≤ 20 oC

• Mezofilik bakteriler 20 oC ve 40 oC arası

• Termofilik bakteriler ≥ 40 oC

Şekil II.17. Günümüzde dünyada kurulu olan tesislerde kullanılan sıcaklık dağılımı[35]

Anaerobik fermantasyon da asit ve metan bakterilerinin sıcaklığa karşı çok hassas ol-

dukları için ani sıcaklık değişimleri de biyogaz üretimi veya fermantasyonun kimyasal veya

biyolojik reaksiyonunu etkilemektedir. Özellikle Termofilik koşullarda çalışan biyogaz tesis-

leri ani sıcaklık değişimlerine karşı daha duyarlıdır. Sıcaklığın yüksek olması amonyak mikta-

rını arttırarak fermantasyonu olumsuz yönde de etkileyebilmektedir. [30]

Fizofilik (Sakrofilik) sıcaklık ± 2 oC / h Mezofilik sıcaklık ± 1 oC / h Termofilik sıcaklık ± 0,5 oC / h

26

Metan üreten bakteri için optimum sıcaklık yaklaşık olarak 35 oC dir.Fermenterin için-

deki bulamacın sıcaklığı düştüğü zaman biyogaz üretimi büyük ölçüde yavaşlamaktadır.

A B Şekil II.18. Mezofolik, Termofolik ve fizofilik sıcaklıklarda metanogenislerin büyüme oranı

ve Termofolik ve mezofolik sıcaklığının zamana göre değişimi. [36,37]

II.1.7.2. Hammadde Konsantrasyonu

Biyogaz fermentasyounun da kullanılan hammaddenin kuru madde içeriği pek

çok faktöre bağımlıdır. Günümüzde biyogaz teknolojisinin ulaştığı düzey ve kullanılan

materyal çeşitliliği dikkate alınırsa içerdiği kuru maddenin ne denli farklı olacağı açık-

tır. Bunlardan tavuk gübresi ortalama % 22, sığır gübresi % 10, koyun gübresi % 24

kuru madde içermektedir.

Yüksek kuru madde konsantrasyonlarının gaz üretimini artırdığı ve gerekli olan üreteç hacmi-

ni azalttığı yapılan çalışmalarla bilinmektedir. Bunun yanında hammadde özgül gaz üretimini

azalttığı da yine çalışmalar sonucu açıklanmıştır.

II.1.7.3 Yükleme Oranı

Yükleme oranı kuru madde içeriği ve bekleme süresi bağımlılığında oluşan bir faktördür. Bi-

rim üreteç hacmine günde yüklenen organik kuru madde miktarını tanımlamaktadır. Bekleme

süresi ise teorik olarak yüklenen materyalin üreteç içerisinde kalma süresidir. Yükleme oranın

artması ile üreteç özgül metan üretim miktarının arttığı bilinmektedir.[4]

27

II.1.7.4. Alıkoyma (Bekleme) Süresi

Bulamacın tesiste bekleme süresi doğrudan, kimyasal reaksiyonun meydana geldiği

hacmin büyüklüğüne ve tesisin beslenmesine bağlıdır. Uygun sıcaklıktaki bakteriler alıkoyma

süresi esnasında bulamacın içindeki besinleri kullanarak metan üreten bakterileri oluştururlar

ve bu zaman periyodunda metan üreten bakteriler metanı üretirler.

II.1.7.5. Reaksiyon Ortamı

Biyogazı üreten bakteriler anaerobik olduğundan dolayı, fermantasyonun meydana geldiği

ortamın havası boşaltılmalıdır veya havayla irtibatı kesilmelidir.

II.1.7.6. Bakteriler

Methanogenik bakteriler kimyasal reaksiyonu büyük ölçüde etkilemektedirler. Eğer

fermantasyonun içindeki bakteriler az ise gaz üretimi de az olur. Fermantasyonun içindeki

kimyasal oluşum iki önemli aşamadan meydana gelmektedir. Birincisi bakteriler kompleks

organik materyalleri parçalar (çürütürler), ikincisi parçalanan organik materyaller

methanogenik mikroorganizma adı verilen çeşitli bakterileri üretirler. Eğer bu bakteriler kul-

lanılan atığın içindeki hücresel materyallere büyümeden veya olgunlaşmadan reaksiyona gi-

rerse metan üretimi olmaz ve reaksiyon durur.

Şekil II.19. Metan üreten bakterilerin dijital mikroskopta görünümü[38]

Sindirim çukurlarının içindeki asit ve metan oranı sıcaklık, karıştırma ve neme karşı

aşırı duyarlı ve hassas organizmalar yaşar. Metanogenesis bakterilerin birçok türü ve çok de-

ğişik karakteristikleri vardır. Farklı şekildeki metan bakterileri fizyolojik çok ortak özelliklere

sahiptir fakat hücresel yapısı içinde heterojendirler .[39]

Metanogenesis bakterilerinin yavaş gelişen kimyasal ve biyolojik haline nazaran fiziksel

hassasiyeti aniden değişir. Örneğin: Fermente bölümündeki bulamacın sıcaklığının aniden

28

düşmesi veya yükselmesi metan üreten bakterilerinin büyümesini ve gaz üretimini önemli

derecede etkileyebilir.[40]

II.1.7.6.1. Metan bakterileri için Uygun Eko Sistem

Metan bakterilerinin optimal metan gazı üretebilmeleri için aşağıdaki ekolojik parametreler

dikkate alınmalıdır:

• Bakteriler için yeterli miktarda tutunma yüzeyinin bulunması,

• Yeni hücrelerin oluşturulması ve inşaası için yeterli miktarda azotun bulunması,

• Reaktördeki pH değerinin 7.0 – 7.6 arasında olması

• Metan bakterileri için substrat sirkeasiti cinsinden organik asit olarak konsantrasyonu 500 – 1500 mg/l dolayında olması

• Reaktörün sıcaklığının mutlaka > 30 C olması,

• Karanlık ortam, ışık yaşamlarını felce uğratabilmesi,

• Ortamda oksijen kesinlikle bulunmamalı,

• Minimum su miktarı da % 50 olması,

• Asitleştirme ve metanlaştırma fazının iç içe olması ve pH'nın asidik sahaya kaymama-sı gerekir

• Kükürdün de miktarı > 200 mg/l olmamalıdır.

• Çürüme kademesinde elde edilen, parçalama ve metabolizma ürünlerinin konsantras-yonu metan bakterileri için yeterli düzeyde olmalıdır.

• Substrat'daki besin maddesinin miktarı,

• Besin maddesi bakteri arasındaki temas sıklığı

• N/C oranın yüksek olmaması; ( Karbon dengesi = Co/Fo = Organik karbon / organik madde = 0,53)

N/C oranı küçük olursa, o zaman N eksikliğinden dolayı mikroorganizmaların gelişme-

si engellenir. N/C oranı büyük olursa karbonlu maddenin parçalanması, enerji üretimi az ola-

cağından engellenir. Azotun fazla bulunması, amonyak oluşmasına ve ortamın pH'sının art-

masına neden olur. Azot en azından, 7 mg N / g organik madde olarak bulunmalıdır.

Substrat içinde ne kadar çok organik madde bulunursa, asit üreten bakteriler de o kadar

çabuk gelişirler. Bu da birinci fazda ara ürünlerin yığılmasına ve böylece de çürütme kulesin-

29

de (çürütme reaktöründe, depo içinde veya çiftlik biyogaz tesisinde) asit konsantrasyonunun

artmasına; pH değerinin düşmesine neden olur.[41]

II.1.7.7. C/N Oranı

Karbon ve azot gibi elementler anaerobik bakteriler için temel besinlerdir. Karbon ele-

menti enerji için, azot ise yapı hücresinin inşası (yapımı) için kullanılmaktadır. Bakteriler

karbonu azota’n 25–30 kat daha hızlı kullanırlar, bu yüzden C/N oranı, 25–30:1 Eğer karbon

azot oranı dengede (uygun) değilse beli miktarlarda üre veya alçı taşı kullanılarak bu oran

düşürülüp yükseltilebilir.[42,43]

II.1.7.8. pH

pH bir çözeltinin asit veya baz olma özelliğinin şiddetini gösteren bir terim olup çözel-

tide bulunan H+ iyonu konsantrasyonunu ve daha kesin bir ifade ile hidrojen iyonunun aktivi-

tesini göstermektedir.[44]

∗ pH< ise ortam asidik

∗ pH > ise ortam bazik demektir.

Bütün canlı hücrelerin iç ortam pH’ı 7 civarındadır. Asit üreten bakterilerin 5.5 gibi dü-

şük pH’da faaliyet göstermesine karşın metan üreten bakteriler pH 6.5 olan ortamlarda yaşa-

yamazlar; bunlar için en uygun pH 6.8–7.2 arasında veya 6,5–8,5 olabilir fakat 0,5 artma veya

azalma sistemin gaz üretimine zarar vermez[45,46]

Başlangıçtaki asit fazı esnasında pH=6’ya veya daha aşağıya düşebilir. Bu arada büyük

miktarda CO2 gazı açığa çıkar. 2-3 hafta sonra uçucu asitlerle azotlu bileşiklerin sindirilmesi

ve amonyak bileşiklerinin oluşması sırasında asitlik yavaş yavaş azalır. Fermantasyon ilerle-

dikçe daha az CO2 ve daha fazla CH4 üretilmeye başlanır ve pH yavaş yavaş 7’ye yükselir.

Eğer sistemin dengesinde, uçucu yağ asitlerinin birikimi sonucu bir bozulma olursa

pH’da düşme görülür. Bu gibi durumlarda pH ayarlaması yapmak gerekir. Bunun içinde; su

ile seyreltme, kireç, yanmış kül ilave etme fermantörden bir miktar çamur boşaltıp yerine bir

miktar taze hammadde koyma gibi işlemler faydalı olur, yalnız bu durumda çok homojen bir

karıştırma gerekir. Eğer karışımın bazikliği artarsa çok miktarda CO2 gazı açığa çıkar, bu da

karışımın asitliğinin artmasına sebep olur ve bir süre sonra sistem kendini dengeler. Biyogaz

30

fermantasyonu mikro biyolojik işlem olduğundan bazı faktörler bu mikrobik faaliyetleri ön-

ler[47].

Şekil II.20. pH farklı değerlerdeki metan bakterisinin elektronik mikroskopla görüntüle-

ri(10um)[46]

II.1.7.9. Karıştırma

Biyogaz üretiminde kullanılan atığın fermenterde karıştırılmasının biyogaz üretimine

olan etkisi çok önemlidir. Bunlar;

• Metanojenlerin ürettiği metabolitlerin dağıtılması

• Taze hammaddenin bakteri popülasyonuna homojen olarak karışması

• Çökelmelere ve heterojeniteye engel olunması

• Homojen sıcaklık dağılımının sağlanması

• Bir bakteri popülasyonunun fermenter içinde iyice dağılması

• Fermenter içinde heterojen ölü bölgelerin oluşmaması

Yukarıda sıralanan işlevlerin verimliliğini artırmak için uygun bir karıştırma elemanı-

nın seçimi önem kazanmaktadır. Modern biyogaz tesislerinde, daldırmalı motorlara bağlı me-

kanik marine tip karıştırıcılar, hidrolik karıştırma sağlayan pompalama sistemleri veya gaz

enjeksiyonuyla oluşan pnömatik karıştırma ve mekanik karıştırma sistemleri kullanılmaktadır.

31

II.1.7.9.1. Karıştırmanın Avantajları

Biyogaz üretilen birçok atık içerisindeki fiziksel özeliklerden dolayı reaksiyon esna-

sında diğer atıklarla veya bulamaçla bire bir temas etmesi için karıştırma veya çalkalama

yapmak gerekir. Fermenterdeki atığın karıştırılmasının veya çalkalamanın birçok avantajları

vardır. Bunlar;

• Metanogenisler tarafından üretilen biyogazın çıkışını kolaylaştırmak.

• Bakteri popülasyon ile taze atığın birbirine karışımı sağlanarak reaksiyonu hızlandır-

ma.

• Fermantasyon esnasında atığın üst yüzeyindeki köpük oluşumunu ve atığın içindeki

küçük partükülerin fermenetörün (reaktörün) taban kısmına çökmesini engeller.

• Fermenterdeki atığın sıcaklık dağılımını eşitleme.

• Bulamacın içindeki bakteri popülasyon yoğunluklarını düzenleme.

• Fermentördeki ölü alanı, karıştırma yöntemi ile kullanılarak fermenterdeki boş alan

hacminin fermantasyon üzerindeki olumsuz etkilerinin en aza indirir.(43)

II.1.7.10. Gobar (Atık sıvısı) ve Su Oranı

Bu oran fermentlerdeki besin materyallerine bağlıdır, yinede fermentlerdeki bulamaçta

hiç tabakalaşma (katmanlaşma) olmamalıdır, başka bir değişle bulamaçla gobarın tam karışı-

mı sağlanmalıdır. Eğer bulamacın en alt kısmı ile en üst kısmının büyük bir farklılık veya

büyük bir değişiklik varsa katmanlaşma olabilir. Genellikle gobar su oranı 1/1 olmalıdır veya

atığın kıvamına göre su eklenmelidir, eğer suyun miktarı çok olursa gaz üretimi azalır.

Fermentlerdeki bulamaç ne çok katı %14’ten daha büyük, çok sıvı %6’dan daha küçük

olmalıdır. Fakat toplam katının %8–10 olmalıdır. Eğer domuz veya kümes hayvanı gübresi

kullanılırsa toplam katının içeriği %6 olmalıdır.

II.1.7.11. Uçucu Asitler

Uçucuların bileşiminde asetik asit, propionikasit, bütirik asit, vb asitler bulunmaktadır.

Uçucu asitler fermenterdeki bulamacın gerçek durumunu belirtikleri için pH ‘tan daha önem-

lidir. Ölçümleri kolay değildir.

32

II.1.7.12. Katı İçeriği

İşlenecek atığın katı içeriği de önemli etkenlerden bir tanesidir. Örneğin büyük baş hay-

vanın taze gübresinin katı içeriği %15-24 dır. Bu atığın işlenebilmesi için katı içeriği %8–10

olmalıdır.

II.1.7.13. Kimyasal Oksijen İhtiyacı(KOİ)

Kimyasal oksijen ihtiyacı (KOİ), evsel ve endüstriyel atık suların kirlilik derecesini be-

lirlemede kullanılan önemli bir parametredir. Biyokimyasal oksijen ihtiyacı gibi ancak ondan

farklı olarak organik maddenin biyokimyasal reaksiyonlar değil redoks reaksiyonlarıyla oksit-

lenmesi esasına dayanır.

Bu parametre ile atıkların bünyesindeki organik maddeler, kimyasal oksidasyonları

için gerekli oksijen miktarı cinsinden belirlenir.[44]

II.1.7.14. Zehirli Materyaller

Bazı atıklar veya hayvan gübreleri özel besin ve kullanılan ilaçlardan dolayı zehirli ma-

teryaller (Fenol, Sülfat, sabun, yağ ve antibiyotik) içermektedir, bu kimyasal materyaller fer-

mantasyonun kimyasal oluşumunu etkilemektedir.

II.1.7.15. Toksitler

Mineral iyonlar, ağır metaller ve deterjanlar anaerobik arıtmada mikro organizmaların

büyümelerini engelleyerek toksik etki yaparlar. Az miktarda mineral iyonlar (sodyum, potas-

yum, kalsiyum, magnezyum, amonyum ve kükürt) bakterilerin büyümeleri geliştirirken ağır

metaller toksik etki yaparlar. 50–200 mg/lt. Amonyum bakterilerin büyümesini ilerletirken

1500 mg/lt. Amonyum bakteriler üzerinde toksik etki yapar. Benzer şekilde bakır, nikel,

krom, çinko, kurşun gibi ağır metaller çok düşük konsantrasyonlarda bakterilerin gelişmesin-

de olumlu etki yaparken yüksek konsantrasyonlarda toksik etki yaparlar. Sabun gibi deterjan-

lar, antibiyotikler, dezenfektanlar, organik solventler bakterilerin metan üretim kapasitelerini

düşürürler. Bu maddelerin hayvan gübresine karışması önlenmelidir. Bakterilerin büyümesin-

de toksit etki yapan bazı maddelerin konsantrasyonları Tablo II..6’da verilmiştir.

33

Tablo II.6. Anaerobik Arıtmada Çeşitli Engelleyicilerin Engelleme Seviyesi[6]

Engelleyiciler Engelleme Seviyesi (mg/lt)

Sülfat (SO4-2) 5.000

Sodyum klorür ve genel tuzlar (NaCl) 40.000

Nitrat (N olarak hesaplanmış) 0.05

Bakır (Cu+2) 100

Krom (Cr+3) 200

Nikel (Ni+2) 200-500

Sodyum (Na+1) 3.500-5.500

Potasyum (K+1) 2.500-4.500

Kalsiyum (Ca+2) 2.500-4.500

Magnezyum (Mg+2) 1.000-1.500

Mangan (Mn+2) 1.500 üzeri

II.1.8. Biyogaz Üretiminde Kullanılan Organik Atık Maddeler

Biyogaz üretimi için organik içerikli maddeler kullanılmaktadır.

• Orman endüstri atıkları

• Zirai atıklar

• Deri ve tekstil endüstri atıkları

• Kâğıt endüstri atıkları

• Gıda endüstrisi atıkları (çikolata, maya, süt, içecek üretimi )

• Sebze, meyve, tahıl ve yağ endüstri atıklar • Bahçe atıkları

• Yemek atıkları

• Hayvan gübreleri büyükbaş hayvancılık, küçükbaş hayvancılık, tavukçuluk vb. • Şeker endüstri atıkları

• Evsel katı atıklar

• Atık su arıtma tesisi atıkları [9]

34

II.1.8.1. Hayvansal Atıklar

Sığır, at, koyun, tavuk gibi hayvanların dışkıları, mezbahana atıkları ve hayvansal

ürünlerin işlenmesi sırasında ortaya çıkan atıklar özellikle kırsal kesimler için önerilen atık-

lardır.

Şekil II.21. Hayvansal atıklar

Hayvan üretim çiftliklerinde hayvan atıklarının sıhhatli ve çevreye zarar vermemesi açı-

sından gübre toplama mekanizmaları yapılarak depolama yapılmaktadır. Ahırlardan çıkan

gübre çeşitleri

• Ham Gübre

• Sıvı Gübre

• Bulamaç Gübre

• Katı-Sıvı Gübre

• Katı Gübre

Kuru gübrenin katı oranı %20 ‘den daha büyüktür. Bu tür gübreler yükleyici kepçeyle

ile toplanarak depolanmaktadır. Bu tür gübrelerin üzerinden çok fazla süre geçtiği için ve ge-

rekli mineral ve yağ asitlerinin tükenmesinden dolayı biyogaz üretimi için elverişli değil-

dir.[48]

35

Şekil II.22. Tesiste kullanılan atığın toplam katı oranı [48,49]

II.1.8.2. Bitkisel Artıklar

İnce kıyılmış sap, saman, anız ve mısır artıkları, şeker pancarı yaprakları ve çimen ar-

tıkları gibi bitkilerin işlenmeyen kısımları ile bitkisel ürünlerin işlenmesi sırasında ortaya çı-

kan artıklardır.

Şekil II.23. Bitkisel artıklar

Bitkisel artıkların (Buğday sapı, Mısır sapı) kullanıldığı biyogaz tesislerinin işletilmesi

sırasında proses kontrolü büyük önem taşımaktadır. Bu nedenle kırsal kesimlerde bitkisel ar-

tıklardan biyogaz üretimi önerilmemektedir.

36

II.1.8.3. Organik İçerikli Şehir ve Endüstriyel Atıklar

Kanalizasyon ve dip çamurları, kâğıt sanayi ve gıda sanayi atıkları, çözünmüş organik

madde derişimi yüksek endüstriyel ve evsel atık sular biyogaz üretiminde kullanılmaktadır.

Bu atıklar Özellikle belediyeler ve büyük sanayi tesisleri tarafından yüksek teknoloji kullanı-

larak tesis edilen biyogaz üretim merkezlerinde kullanılan atıklardır.

Şekil II.24. Organik İçerikli Şehir ve Endüstriyel Atıklar

Tablo II.7. Çeşitli Kaynaklardan Elde Edilebilecek Biyogaz Verimleri ve Biyogazdaki Metan

miktarları [20]

KAYNAK BİYOGAZ VERİMİ

(Litre/kg)

METAN ORANI

(Hac. %’si)

Sığır Gübresi 90-310 65

Kanatlı Gübresi 310-620 60

Domuz Gübresi 340-550 65-70

Buğday samanı 200-300 50-60

Çavdar samanı 200-300 59

Arpa samanı 290-310 59

Mısır sapları ve artıkları 380-460 59

Keten & Kenevir 360 59

Çimen 280-550 70

Sebze Artıkları 330-360 Değişken

Ziraat atıkları 310-430 60-70

Yerfıstığı kabuğu 365 -

Dökülmüş ağaç yaprakları 210-290 58

Algler 420-500 63

Atık su çamuru 310-800 65-80

37

II.1.8.4. Gıda Atıklarından Biyogaz Üretimi

Başta çevre kirliliği kimya sanayi ve diğer sanayilerin yanı sıra gıda sanayinin de bir so-

nucudur. Çevre kirliliğinin yanı sıra artıklardan elde edilebilecek enerji de ekonomik olarak

önemli bir kaynaktır.

KOİ (Kimyasal oksijen ihtiyacı) giren değerleri ile çıkan değerlerine bakıldığında yine

benzer durumları görmek mümkündür. En yüksek verimliliklerde çıkan KOİ değerlerinin da-

ha düşük olduğu görülür. Bu da mikroorganizmalar tarafından daha çok kimyasalın biyogaza

dönüştüğünü gösterir.

En yüksek verimliliklerin hayvansal dışkılar ile yapılan karışımlardan elde edildiği gö-

rülmektedir. En yüksek verimliliğin tavuk gübresinde olduğu ve bunun inek gübresi ile peynir

altı suyu karışımından elde edilen biyogaz verimliliği olduğunu söylemek mümkündür.[50]

II.1.9. Biyogaz Üretiminde ve Sonrası Bulamaç Kokusu

Kırsal bölgelerdeki insanlar çok iyi bilir ki hayvan, çöp, gıda atıkları ve kimyasal fab-

rikaların atıkları rahatsız edici acı, ekşi ve keskin bir kokusu vardır. Özelikle biraz bekleyen

atığın karıştırılması esnasında dayanılmaz bir koku meydana gelmektedir.[51]

Şekil II.25. Bakteri ve koku oluşum safhaları[51]

Atıklarda bu koku gaz çıkışı için ayrıştırmanın yapıldığı anda maksimum dereceye ka-

dar çıkmaktadır. Kırsal bölgelerde çevre komşu ve doğaya daha fazla zarar vermemek için

gübrelerin anaerobik ortamda işlenerek koku miktarını en aza indirilebilmektedir. Şekil II.26

Normal gübre ile Anaerobik ortamda işlenmiş gübrenin koku yayma oranları gösterilmiştir.

38

Şekil II.26. İşlenmemiş gübre ile işlenmiş gübrenin çevresel koku analiz resmi [52]

II.1.10. Biyogaz ve Çevre

Özellikle yenilenebilir enerji kaynakları enerji potansiyellerinin yanında çevre ile

uyumlu oluşları nedeniyle önemli bir ilgi odağı olmaktadırlar. Çevresel sorunlar yaratan atık-

ların işlenerek zararsız hale getirilmesi ve enerji eldesin de kullanılabilmesini sağlayan biyo-

gaz teknolojisi, yenilenebilir enerji üretiminde önemli bir rol oynamaya adaydır.[3]

Şekil II.27. Biyogaz ve çevre [20]

Doğadaki katı atıkların tesislerde fermente edildikten sonra üretilen biyogaz çok farklı

alanlarda verimli olarak kullanılmaktadır. Tesislerdeki yüklenen atıkların fermenterden sonra

çevreye zararlı faktörlerden arındırıldıktan sonra tarımda çok verimli gübre olarak kullanıl-

maktadır.

39

II.1.10.1. Fotosentez Biyogaz Döngüsü

Şekil II.28. Fotosentez Biyogaz Döngüsü [9]

Şekil II.29. Tesis atığının tarımda gübre olarak kullanılması[20]

II.1.11. Biyogaz Üretecinin Bölümleri

Bir biyogaz üreteci, fermantasyonun meydana geldiği ana gövde ve diğer yardımcı bö-

lümlerden oluşur

II.1.11.1. Fermantasyon Tankı Biyogaz tesisinin ana yapı elemanıdır. Şu özelliklere sahip olmalıdır.

• Tank duvarları gaz ve sıvı sızdırmaz olmalıdır.

• Tank tümüyle statik yüke karşı dayanıklı olmalıdır.

• Isı yalıtımı iklim koşullarına göre yeterli düzeyde olmalıdır.

• Tank elemanları korozyona dayanıklı olmalıdır.

• Tank dolum ve boşaltım emniyetine sahip ve gerektiğinde tümü ile boşaltı-

labilir olmalıdır.

• Tank konstrüksiyonu, bakım ve onarım işlemlerinin kolaylıkla yapılabilme-

sine olanak sağlamalıdır.

40

Fermantasyon tankı malzemeleri olarak beton, tuğla, çelik, saç, fiber plas, polyester,

krom-nikel, alaşımlı çelik saçlar kullanılabilmektedir. Statik emniyet ve biyogaz üretimin-

deki hidrolik koşullara uygunluk açısından yumurta biçimli fermantasyon tankı konstrük-

siyonları en iyi sonuçlar vermektedir. Ancak böylesi tankın yapı masrafının fazla oluşu

pratikte uygulanabilirliğini sınırlamaktadır. Bu bakımdan uygulamada yatay ve dikey silin-

dirik tanklar ile kanal tipi tanklar yaygındır. Basit tesislerde ise kübik biçimli tanklar uygu-

lanmaktadır. Ancak bunlarda bulamacın karıştırılma etkinliği oldukça düşüktür.

II.1.11.2. Hammadde Giriş Borusu Hammaddenin depolandığı ve fermentöre verildiği kısımdır. Hammadde giriş borusu-

nun çapı tesisin büyüklüğüne ve hammadde giriş borusunun eğimine göre değişirse de genel-

likle 300mm alınır. Hammadde giriş borusu direkt olur veya gübre deposu ile bağlantı olabi-

lir.

II.1.11.3. Atık Çıkış Borusu

Fermente olmuş gübrenin alındığı kısımdır. Üreteç ana gövdesinin yanında yer alır ve

ana gövde ile tabandan 1/2 m yükseklikte bağlantılıdır. Böyle inşa edilmesi henüz fermente

olmamış gübrenin dışarı çıkmasını önlemek içindir. Artık çıkış bölmesi seviyesi, hammadde

giriş bölmesinin seviyesinden biraz aşağıda tutularak fermente olmuş gübre bileşik kaplar

misali ile kendiliğinden dışarı alınabilir.

II.1.11.4. Fermenter

Gübrenin fermantasyona uğratılarak biyogaz üretildiği ana bölümdür. Genelde silindir

şeklinde yapılan fermentör gerektiğinde üstü plastik örtü kaplı havuzlar şeklinde yapılabilir.

Eğer üreteçte biyogaz için ayrı bir depo yapılmamışsa biyogaz fermentörde su-gübre karışı-

mının üst kısımında toplanır.

II.1.11.5. Oynar Kapak ve Gaz Alma Borusu

Oynar kapak silindirik ve oval kubbeli fermentörlerin kubbesinin üstünde yer

alır. Gerektiğinde fermentör temizliğinin yapılması veya bakım onarımında kullanılır. Asıl

41

görevi basınç ayarlamaktır. Gaz alma borusu üretilen biyogazın fermentörden alındığı boru-

dur. Gaz debisi bir vana ile ayarlanabilir.

II.1.11.6 Isıtma Düzenekleri

Mikro organizmaların faaliyetlerini sürdürebilmeleri için fermantasyon ortamının belirli

bir sıcaklıkta sabit tutulma zorunluluğu söz konusudur. Fermantasyon bulamacının ısıtılması

ya tank içinde ya da tank dışında gerçekleştirilebilir. Tank içinde ısıtma halinde ya bulamaca

sıcak su, buhar katılır; ya da sıcak sulu ısı değiştiricilerden yararlanılır. Isı değiştiricilerinin

tank içinde yerleştirilmesinde şu öneriler düşünülebilir.

Tank iç yüzeyine döşenen borulu ısı değiştiricilerinde karıştırma düzeni önem kazanır.

Tank dışında ısıtma yapıldığı yöntemde ise fermantasyon bulamacının pompalanabilecek akı-

cılığa sahip olması gerekir. Pompanın ek enerji gereksinimine karşın bu yönde fermantasyon

sıcaklığının sağlanması daha emniyetlidir. Ayrıca taze fermantasyon materyalinin tanka gir-

meden ısıtılma kolaylığı yanında tank dışında olan ısı değiştiricisinin tamiri ve bakımı da ko-

laydır. Sıvı gübrenin ısı geçiş katsayısı özellikle düşük hızlarda suyunkinden küçük olduğu

için büyük ısı değiştiricisi yüzeylerine ya da uzun ısıtma sürelerine gerek duyulmaktadır. Isı

yalıtımı da önemlidir.

II.1.11.7. Karıştırma Düzenekleri

Bulamacın etkin bir biçimde karıştırılması gerekmektedir. Bu amaçla, mekanik, hidrolik,

pnömatik karıştırıcılardan yararlanılır. Ancak büyük parçalı ve kabuk bağlamaya meyilli bu-

lamaçlarda pnömatik karıştırma yönteminin uygulanmasında ancak basınçlı biyogaz ile karış-

tırma beklenen sonucu vermektedir. Karıştırıcının seçiminde fermantasyonda kullanılan ma-

teryalin cinsi ve içerdiği katı madde oranı, partikül büyüklüğü göz önünde bulundurulmalıdır.

II.1.11.8. Dolum ve Boşaltım Düzenekleri

Dolum düzeneğinde; sürekli bir boru vasıtasıyla bulamaç fermantasyon tankının dibine

yakın bir seviyeye nakledilir. Böyle bir sistemle dolum işlemi günde birkaç kez aralıklı olarak

yapılmaktadır. Hazırlama tankının, bulamacın sabit biçimdeki materyal miktarı ölçme imkânı

vardır. Basit sistemlerde bulamaç doğrudan bir kanal vasıtasıyla tank içinde şekillendirilmek-

tedirler. Daha büyük organize tesislerde bulamaç, hayvanların barındığı ahırın zemininin al-

42

tındaki bir kanaldan alınarak sürekli bir biçimde fermantasyon tankı içine sevk edilebilmekte-

dir.

II.1.11.9. Gazometre

Elde edilen gazın depolanması, fermantasyon tankı içinde sabit basınç sağlanması ve

gazın alınması ile doğan dalgalanmaların karşılanması amacıyla gazometre kullanılmakta-

dır. Gazometre fermantasyon tankının bir parçası olarak tankın üst bölümüne yerleştirilebi-

leceği gibi ayrı bir yerde kurulup, fermantasyon tankı ile bağlantısı bir boru aracılığı ile

sağlanmaktadır.

II.1.12. Biyogaz Üretim Sistemleri

Biyogaz teknolojisi büyük oranda kesin kuralları olmayan, tesisin kurulacağı yerin, ül-

kenin, işletmenin özel koşuluna göre farklılıklar olması gereken bir uygulamadır. Örneğin

çıkan materyalin depolanacağı ve fermantasyonun devam edeceği depolama olanağı olmayan

bir işletmede sürekli yüklemeli bir tesisin yapılması mantıklı olmayacaktır. Bu durumda se-

çilmesi gerekli tip beklemeli sistemdir.

II.1.12.1. Beklemeli Sistem

Bu sistemde üreteç aşılama materyali ve taze materyal ile zaman içerisinde yüklenir. İşletme-

de ortaya çıkan materyal düzenli veya düzensiz aralıklarla tesise eklenir[4].

II.1.12.2. Sürekli Yüklemeli Sistem

Bu sistemde üreteç bekleme süresine göre hesaplanan miktarda her gün yüklenir. Yük-

lemenin her gün aynı saatte yapılması esastır. Bu gaz üretiminin düzenli olmasını sağlayacak-

tır.[4]

43

II.1.13. Fermentör Besleme Yöntemleri

Anaerobik fermantasyon, fermentörün yeni materyalle beslenme biçimine göre de çeşitlen-

mektedir. Bu açıdan anaerobik fermantasyonu 3 gurupta incelemek mümkündür.

Kesikli Yarı kesikli Sürekli

Şekil II.30. Üreteçlerin temel işletim şekileri[53]

II.1.13.1. Sürekli Fermantasyon

Bu fermantasyon biçiminde organik madde fermentöre her gün belirli miktarlarda ve-

rilmekte ve aynı oranlarda fermente olmuş materyal günlük olarak fermentörden alınmaktadır.

Bu fermantasyon şeklinde gaz üretimi sürekli olmaktadır.

II.1.13.2. Beslemeli Yarı Kesikli Fermantasyon

Burada fermentör başlangıçta belirli oranda organik madde ile doldurulmakta ve geri

kalan hacmi fermantasyon süresine bölünerek günlük miktarlarla tamamlanmaktadır. Belirli

fermantasyon süresi sonunda fermentör tamamen boşaltılarak yeniden doldurulmaktadır.

II.1.13.3. Kesikli Fermantasyon

Burada fermentör başlangıçta organik madde ile tamamen doldurulmakta, fermantas-

yon süresi sonunda fermentör boşaltılarak yeniden doldurulmaktadır.

II.1.14. Biyogaz Üretim Tesislerinde Çıkan Gübrenin İşlenmesi ve Kalitesi

Biyogaz tesislerinde çıkan gübre anaerobik ortamda fermente edildiği ve bitkilere ve-

ya çevreye zararlı maddelerden arındığı için tarımsal alanlarda kullanılmaktadır.

44

Şekil II.31. Gübre işleme şeması [54]

Şekil II.32. Tesisi atıklarının işlenmesi [55,56]

Biyogaz üretim tesislerinde çıkan atıkların, belirli aşamalardan geçirildikten sonra özel

araçlar ile tarım alanlarına püskürtme yapılarak uygulanır.

45

II.2. KONUYLA İLGİLİ YAPILAN ÇALIŞMALAR Bu çalışmada; imal edilen biyogaz deney cihazı ve fermenterlere belirli oranda su ile

karıştırılmış büyükbaş hayvan atığının, sabit sınır şartlarda (sıcaklık, bekleme süresi, karıştır-

ma hızı vb ) özel dizayn edilmiş farklı şekillerdeki karıştırıcılar ile karışım yapılmayan

fermenterdeki biyogaz üretim oranı incelenmiştir. Biyogaz üretimi birçok parametreye bağlı

olduğu için bu konu ile ilgili yapılan literatür taraması birkaç başlık altında toplanmıştır.

II.2.1. Kullanılan Atığın Cinsi, Fermenter Sıcaklığı ve Bekleme Sürelerine Göre Yapılan

Çalışmalar

T.Mandal ve arkadaşları; hayvan gübreleri, mutfak atıkları, çürümüş bitkiler ve yaprakları

belirli oranlarda birbirine karıştırarak 37 0C’de 90 gün bekleme süresi ve magnetik karıştırıcı

ile günde iki defa 2–3 dakika karıştırma yaparak, biyogaz üretimini incelemişlerdir.[57]. Zuru

ve arkadaşları; ,büyükbaş hayvan, keçi, at ve koyun gübrelerinin bulamaçlarını 31,8 ± 2 0C de

biyogaz üretim miktarını, katıların ısı ile parçalanma kinetikleri kullanılarak uygulanan dokuz

model ile incelemişlerdir[58]. Ivo G.Lalov ve arkadaşları; Kırmızı şarabın damıtılmasından

elde edilen “vinasse” maddesini kullanarak devamlı manyetik karıştırıcı ile reaktöre konulan

100ml taze vinasse maddesini 37 ˚C de ve 27 gün bekletilerek biyogaz üretim miktarını ince-

lemişlerdir.[59]

Bouallagui ve arkadaşları; Bir yarı - sürekli karıştırmalı bir sindirim tüpünün içinde

meyve ve sebze atıklarını, termofolik (50–60 ˚C), psikrofolik (15–20˚C ) ve mezofolik (35–

37 ˚C) gibi değişik sıcaklık ortamlarında, biyogaz üretim oranı, enerji balansları, pH ve alı-

koyma süresi gibi parametrelerin performansının birbiri ile karşılaştırmasını incelemişlerdir

[60,61].

A.Lallai ve arkadaşları; serum şişelerine, 37 ˚C sıcaklıkta ve 70 d/d karıştırma hızı ile

domuzların tedavisinde kullanılan ve gübrelerine geçen bazı antibiyotiklerin (Amoxicillion

trihydrate, Exytretracycline hidroklorür ve Thiamphenicol) oksijensiz ortamda biyogaz üre-

timine ve metan (CH4) konsantrasyonuna yaptıkları etkileri incelemişlerdir[62].

46

Hansen ve arkadaşları; organik katı atıkların termofolik ortamda (55˚C), 50 günlük

bekleme sürelerinde metan üretim potansiyelleri için laboratuar ölçekli inceleme yapmışlar-

dır[63]. Buixuan ve preston; polietilen tüplere farklı oranlarda (0.66, 1.3, 2.0, 2.66 kg kuru

madde /sıvı hacimli/gün) yüklenen domuz gübresini 25.3–27.3 ˚C sıcaklıklarda ve 30 gün

bekleme süresinde biyogaz üretimini incelemişlerdir[64].

B.Pound ve arkadaşları; anaerobik şartlarda büyükbaş hayvan gübresi ile üreli ve üresiz

sıkıştırılmış şeker kamışı karışımlarından üretilen biyogaz miktarlarını karşılaştırmak için bir

çalışma yapmışlardır. Karışımdaki sıkıştırılmış şeker kamışının yüzdelik oranını arttırdıkları

zaman, sırasıyla fermantasyondaki bulamacın pH’ının düştüğü daha sonra biyogaz üretiminin

yavaşladığını tespit etmişlerdir. Reaksiyondaki sıkıştırılmış şeker kamışının miktarı %80 ol-

duğu zaman biyogaz üretimi tamamen durmuştur. Sonuç olarak biyogaz üretiminin bulamaç-

ların pH’na miktarları ile doğru orantılı olduğunu saptamışlardır[65]

B.Goel ve arkadaşları; hazır çay üretim fabrikalarındaki kullanılmış çay yapraklarının

iki aşamalı oksijensiz sindirimle, gübre ve biyogaz üretimi için bir çalışma yapmışlardır. Ya-

pılan testler sonucunda reaktörde ortalama olarak %93 kimyasal oksijen ihtiyacını azaltarak

0,48m3/kg biyogaz üretmişlerdir. Üretilen biyogazın metan (CH4) içeriğini %73 olarak ölç-

müşlerdir[66].

Shalini ve arkadaşları; mutfak çöpü ve büyükbaş hayvan atıklarının karışımlarına sırası

ile “Aquasan” ve “Teresan” adı verilen iki farklı mikrobiyal uyarıcıyı kullanarak biyogaz üre-

timine olan etkilerini incelemişlerdir[67]. N.Kannan ve arkadaşları; %75 eşek-gübresi + %25

kümes hayvan gübresi, %75 eşek-gübresi + %25 parteniyum (parthenium), %75 eşek-gübresi

+ okaliptus yaprakları (bitki) ve %100 eşek-gübresi karışımlarını farklı fermantasyon çukurla-

rında 42 gün bekleme süresinde, günlük ve haftalık metan (CH4), pH, biyogaz kalitesi ve bi-

yogaz analiz ölçümlerini yapmışlardır[68].

Bu çalışmada, Ali R.Tekin ve arkadaşı; 37˚C ‘de 10 gün bekleme süresinde, 1-1 çalı-

şan anaerobik çukurları kullanarak toprakla çok iyi karıştırılmış suyun içindeki zeytin posası

bulamacından biyogaz üretimini araştırmışlardır[69].

47

Mısra ve arkadaşları; Seramik malzemeden yapılmış üreteci, çeşitli kompozit izolas-

yon malzemeleri ile yalıtarak sıcaklığı sabit tutarak, sıcaklığın biyogaz üretimine olan etkisini

incelemişlerdir[70]

Güngör, G. ve arkadaşları; et tavuğu ve büyükbaş hayvan gübresinin anaerobik arıtıla-

bilirliği ve biyogaz üretim potansiyelini araştırmışlardır. Bu amaçla tavuk ve büyükbaş hayvan

gübresi ile bunların 5 değişik orandaki karışımı (%100 tavuk; %75 tavuk, %25 büyükbaş hay-

van; %50 tavuk, %50 büyükbaş hayvan; %25 tavuk, %75 büyükbaş hayvan ve %100 büyükbaş

hayvan gübreleri) kullanılarak kesikli anaerobik reaktör deneyleri yapmışlardır[71].

Hilal Yılmaz, A.H. ve arkadaşı; 1 m3 hacmindeki pilot fermenteri kullanarak, çeşitli

organik katı atıkların anaerobik fermantasyonla elde edilen biyogaz üretimini incelemişler-

dir[72].

San ve arkadaşları; 10, 20 ve 30 gün bekletilen domuz gübresi ve pis su atığın biyogaz

üretimine ve sistemdeki gübreye etkilerini incelemişlerdir[73]

Bugutekin A; laboratuar tipi biyogaz üretim cihazı imal ederek bu cihazda değişik su

çeşitleri (Van Gölü suyu, normal su) ile değişik gübre çeşitlerinin (Büyükbaş, Küçükbaş ve

Tavuk) birbirleriyle orantılı olarak karıştırarak elde edilen biyogaz miktarlarını karşılaştırmış-

tır[74,75]

Ceyhan, M; Taze Gaziantep fıstığı kabuğunu, hazırlamış olduğu deney düzeneğinde

anaerobik ortamda her gün inceleyerek, bulamacın fermantasyon tankındaki atığın yüksekli-

ğini ve kütlesini matematiksel ve grafiksel olarak incelemiştir[76].

Al-Masri; bazı hayvan atıkları (Koyun, Keçi gübresi) ve tarımsal atıkları (zeytin küspe-

si) kullanarak, farklı oranlarda sekiz deneysel çalışmada bazı biyokimyasal parametrelerde,

30˚C sıcaklık, 40 gün bekleme süresinde, her gün biyogaz üretim miktarındaki değişimleri in-

celemiştir[77]. Elsamawal: Değişik sezonlarda (aylarda), üç farklı hayvan (Keçi, Büyükbaş

hayvan ve Eşek) gübrelerini analiz ederek farklı aylarda, biyogaz üretim miktarlarını tablo üze-

rinde göstererek karşılaştırma yapmıştır[78]. Ghanem ve arkadaşları: Farklı koşullar altında

leachate üretiminin optimizasyonu ile ilgili katı mutfak atıklarını kullanarak anaerobik ortamda

sıcaklık 34˚C, pH 4 sınır şartlarında biyogaz üretimi için uygulamalı çalışma yapmışlardır[79].

Batzias ve arkadaşları; biyogaz enerji potansiyeli çok yüksek olan bazı çiftlik hayvanlarının

48

(inek, domuz, koyun, keçi ve tavuk) gübrelerinden biyogaz üretimi ile ilgili çalışma yapmışlar-

dır[80].

Desutter ve arkadaşı; 6,1 m derinliğindeki bir göle, 10 farklı ahırda bulunan 10500 adet

domuzdan elde edilen atığın toplanması ile meydana gelen karışımdan biyogaz elde etme ça-

lışmaları ve bu elde edilen biyogazı ayrıştırarak metan, karbondioksit ve hidrojen sülfür mikta-

rını ölçümlerini yapmışlardır[81].

Nguyen Khang ve arkadaşları; iki farklı seviyedeki fiberlerde bulunan gübreye etki

eden, dört farlı bekleme süresinin, dört farklı yükleme oranı ve gübrenin ihtiva ettiği biyogaz

oranı, kimyasal oksijen ihtiyacı(KOİ), patojenik bakteri konsantrasyonu üzerinde bir çalışma

yapmışlardır[82].

Müler ve arkadaşları; anaerobik ortamda hazırlanan iki farklı atık su deney setlerinden

elde edilen verilere göre iki tane birbirinde farklı matematik model ile biyogaz üretim oranını

hesaplamak için çalışmışlardır[83]

Varel ve arkadaşı; anaerobik ortamda, devamlı karıştırmalı 3 lt sığır gübresinin fer-

mantasyonu esnasında, fermantasyona belirli aralıklarla Monensin, Lasalocid, Salinomycin ve

Avoparcin antibiyotiklerinin karıştırıldığı ve karıştırılmadığı ortamlardan 55 ˚C’de 60 gün

bekleme süresince metan üretim miktarını incelemişlerdir[84]. Kearney ve arkadaşları; labo-

ratuar da anaerobik ortamda büyükbaş hayvan gübresinin içindeki bazı bakterilerin (

Escherichia coli, Salmonella typhimurium, Yersinia enterocolitica, Listeria monocytogenes,

ve Campylobacterjejuni ) 35 ˚C sıcaklıkta, bekleme süresi 25 gün ve pH 7,6 şartları esnasında

metabolik aktivitelerini, günlük üretilen biyogaz miktarı (510–620 ml/gün), üretilen biyogazın

metan oran (% 42–50) ölçümlerini yapmışlardır[85].

Erik ve arkadaşları; çapı 12 cm. 2.5 lt lik plexiglass tan yapılmış iki özdeş reaktörde

farklı kimyasal atıklardan deney yapmışlardır. Deneylerde birinci reaktörün pH 7.5, ikinci

reaktörün pH 6 sabit tutularak biyogaz üretim miktarlarını ve elektronik mikroskopla reaktör-

leri incelemişlerdir[86].

Demirekler ve arkadaşı; farklı oranlarda karıştırılmış evsel katı atık (EKA) ve ön çö-

keltme çamuru (ÖÇÇ) ile beslenen üç laboratuar ölçekli yarı kesikli anaerobik çürütücünün

start-up aşamasındaki performanslarını karşılaştırmışlardır[87]

49

Scheurer ; %14 kuru madde içeriği olan tavuk gübresini 32 ˚C fermentasyon sıcaklığın-

da yapmış olduğu çalışmalarda, bu sıcaklıkta oluşan biyogazda en düşük CO2 içeriğinin sağ-

landığı, organik asit düzeyinin bakteriler için uygun olduğu ve amonyum konsantrasyonunda

optimum düzeyde olduğu, sıcaklığın 41 ˚C ‘ye yükseltilmesi ile gazdaki CO2 oranının ve

amonyak miktarının arttığı, sirke asidi ve propiyonak asit miktarı da kimyasal reaksiyonu

durduracak seviyeye yükseldiğini belirlemiştir[88].

Hammad. M. ve arkadaşları; 16 m3 kapasiteli kübik biyogaz üreteçte 20 kg büyükbaş

hayvan gübresi (50 lt) ve 400 lt su ile karıştırılarak 45 gün bekleme süresinde belirli sıcaklık-

larda büyükbaş hayvan, koyun, tavuk, at, zeytin ve arpa gibi hayvansal ve bitkisel atıklardan

metan üretim oranını aşağıdaki formül ile hesaplamışlardır[89]

CH4 (m3 / gün) = Biyogaz (m3 / gün) / % CH4

Alvarez ve arkadaşları; 10 adet laboratuar ölçekli biyogaz üreteçlerinde deniz seviye-

sinden yüksek (496–760 mmHg), Sıcaklık (11–35 °C ), bekleme süresi ( 20–50 gün ), bula-

macın gübre içeriği (% 10, % 20, % 50 ), karıştırma (el ile günde iki dakika) gibi sınır şartla-

rında lama ve inek gübresinden günlük biyogaz üretimi metan oranını incelemişlerdir[90].

Tongat ve arkadaşı; tavuk, domuz gübrelerini ve mezbahane atıklarını 0,5 l ‘lik aspiratör

şişelerinde 55 °C ‘de ve 115 gün bekleme süresince biyogaz üretimi, bazı biyokimyasal ve

bulamacın içindeki katı oranı gibi parametreleri incelemişlerdir[91].

Tıwari ve arkadaşları; güneş enerjili bir biyogaz tesisinde, bulamacın üreteçte bekleme

süresine göre biyogaz üretim miktarının matematik modellemesiyle ilgili çalışma yapmışlar-

dır[92].

El-Masri; 30 °C ‘de 40 gün bekleme süresinde çeşitli hayvan atıkları ( koyun, keçi )

ve bu atık oranlarına göre dört farklı miktarda zeytin posası karışımlarını, sekiz deney guru-

bunda biyogaz üretim miktarı ve bazı biyokimyasal parametreleri incelemiştir[93].

50

Gebauer; tuzlu su balık çiftliğinin atıklarını 35 °C ‘de mezofilik ortamda 1:1 su ile ka-

rıştırmalı laboratuar ölçekli biyogaz üretecinde, atığın biyogaz üretim oranını, pH, kimyasal

oksijen ihtiyacı ve uçucu katı madde oranı gibi parametreleri incelemiştir[94].

Klasson ve arkadaşları; 250 ml fermenterlerde belirli oranlarda büyükbaş hayvan ve fil

gübrelerini karıştırarak 35 – 50 °C ‘de 80 gün bekletildikten sonra, 2 l’lik torbalara depolaya-

rak, biyogaz miktarını ve % CH4 miktarını incelemişlerdir[95]

Bismas ve arkadaşları; hacmi 10 dm3 ‘lük karıştırmalı anaerobik biyogaz üretecinde

belediye atıklarını pH 6,8 ve sıcaklığı 40 °C ‘de sabit tutarak 15. günün sonun da biyogaz

üretim miktarını ve % CH4 miktarını incelemişlerdir[96].

Kim ve arkadaşları; anaerobik ortamda, yiyecek atıklarının farklı sıcaklık ve farklı

bekleme sürelerinde, biyogaz üretim miktarı ve biyogazın içindeki metan üretim performans-

larını incelemişlerdir[97].

Sadaka ve arkadaşı; Domuz, Tavuk ve büyük baş hayvan gübresinin farklı miktarlarda

(Domuz Güb. TK;% 32,5 / %22,1 / %11,9 Tavuk Güb. TK; ;% 51,3 / %31,6 / %12,7 Büyük-

baş hayvan Güb. TK; ;% 43,7 / %26,8 / %13,7) toplam katı madde içeriklerine göre 4 Lt’lik

fermenterlerde 30 gün bekleme süresinde biyogaz üretim miktarları ile ilgili çalışma yapmış-

lardır[98].

Demirer ve arkadaşı; seyreltilmemiş büyük baş havyan gübresini, LBR (Leacging bed

reactors) reaktöründe belirli oranlarda anaerobik ortamda, tohum ve odun tuzu/talaşı karıştırı-

larak 35 °C’de biyogaz üretim oranlarını incelemişlerdir[99].

Clemens ve arkadaşları; büyükbaş hayvan gübresi ve büyükbaş hayvan gübresi + pata-

tes nişastasını farklı oranlarda ve farklı bekleme sürelerinde biyogaz üretim miktarlarını ince-

lemişlerdir[100].

Vartak ve arkadaşları; büyükbaş hayvan gübresinin anaerobik ortamda Psychrophilic

(fizikofolik) sıcaklıkta (10 °C) biyogaz üretim performansını incelemişlerdir[101].

51

T.Mandal ve arkadaşları; büyükbaş hayvan gübresinden üretilen biyogazın kalitesini,

alev sıcaklığını ölçmek için prototip bir deney düzeneği kurmuşlardır[102]. H.Shaga ve ar-

kadaşları; biyogazdan hidrojen üretimini içeren çeşitli aşamaları, bunların depolanması, ta-

şınması ve ticari mal olarak pazarlanması ile ilgili çalışma yapmışlardır[103]. Leena; insan,

hayvan ve bitki artıklarında bulunan bazı bakterilerin çevre şartlarına bağlı olarak

fermentasyon esnasında aktifliklerini % 50 kaybettiklerini incelemişlerdir[104]. M.Grath ve

arkadaşı; biyogaz üretiminin en çok anaerobik gölcüğün yüzeyinin üzerinde ve biyogaz ak-

tivitelerinin meydana geldiği küçük gaz kabarcıklarında meydana geldiğini tespit etmişler-

dir[105].

Alkhamis arkadaşları; biyogaz üretiminde çok önemli olan mezofilik bakterilerin akti-

vite ve büyümeleri için fermentlerin yaklaşık 40˚C sıcaklık seviyelerinde olması gerektiğini

belirterek bu sıcaklık sınır şartını oluşturmak için, bir güneş enerji sistemi ile ısı kontrol ünite-

sini kullanarak biyogaz reaktörünün dış cephesini ısıtarak biyogaz üretmişlerdir[106].

Zumpancic ve arkadaşı; bir anaerobik fermantasyon çukurundaki atığın termofilik sıcaklıkta

ısı ve enerji gereksinimlerini araştırmışlardır[107]

Mark ve arkadaşları; çiftliklerdeki atıkları stabilize etmek ve biyogaz üretimi esnasın-

da açığa çıkan kokuyu minimuma indirgemek için çalışma yapmışlardır[108].

Buğutekin,A.:Binark,A.K.; bu çalışmada dünyada ve ülkemizde biyogaz teknolojisinin

gelişimi, kullanım alanları, yapılan önemli çalışmalar ve biyogaz konusunda gelişmiş olan

ülkeleri incelemiştir[109]. Sözer ve arkadaşı: Dünyada yapılan bazı biyogaz çalışmalarının ve

bu çalışmalarda maksimum verim elde etmek için fermantasyonda kullanılan materyallerin

sınır şartları hakkında çalışma yapmışlardır[110].

Sözer ve arkadaşı: Farklı fermantasyon sıcaklıklarında ve farklı bekleme sürelerinde

sığır gübresi ile 46, tavuk gübresi ile 28 çalışmadan yararlanılarak özgül metan üretim miktar-

ları ele alınarak elde edilebilecek metan ve enerji miktarlarını belirlemiştir[111].

Buğutekin, A.:Binark,A.K.; daha önce biyogaz konusunda yapmış olduğu çalışmalar

ve deneyleri göz önüne alarak elde edilen verileri daha önce yapılan bir çalışma olan “Biyo-

gaz üretiminin kinetik analizinin modellemesi” adlı çalışmayı referans alarak deneyleri ve

hesaplamaları karşılaştırmıştır[112]

52

Murphy ve arkadaşları; üretilen biyogazın teknik olarak ısıtma ve elektrik enerjisi ola-

rak kullanma, ekonomik olarak diğer yakıtlarla karşılaştırılması ve çevre kirliliği ile ilgili ana-

liz yapmışlardır[113].

Heber ve arkadaşları; bir kıyı gölüne toplanan domuz gübresinden koku ve gaz emisyo-

nu ölçüm çalışmasını yapmışlardır. Koku konsantrasyonu ölçümlerinde duyumsal eğitimli pa-

nelistler ve dinamik zorlayıcı koku metre kullanmışlardır. Amonyak (NH3),Hidrojen sülfat (H2S), ve karbondioksit (CO2) konsantrasyonlarını, 50 Lt’lik Tedlar torbalarında biriktirilen

koku numunelerinden ölçüm yapmışlardır[114].

Zachariah ve arkadaşı; bir havuzda çok miktarda bekletilen Hindistan cevizi kabuğun-

daki elyaf bağlarını, bakteriyolojik aşamalarda ve anoksik şartlarda ayrıştırarak biyogaz üre-

tim miktarını, üretilen biyogazın ihtiva ettiği metan (%65), karbondioksit (%30), hidrojen

sülfat (%0,07) ve diğer gazların (hava, su buharı vb. % 4,93) yüzdelik oranlarını ve üretilen

biyogazın sobada, aydınlatmada ve içten yanmalı motorlarda kullanımı ile ilgili çalışma yap-

mışlardır[115].

Yaldız; yüklenen taze materyalin fermeter içinde yukarıdan aşağı doğru hızlı bir şekil-

de akacağını ve burada reaksiyon sıcaklığının ani bir değimi sonucu gaz üretiminde % 40'a

varan azalmalar meydana gelebileceğini belirlemek için çalışma yapmışlardır[4].

Sterling ve arkadaşları; anaerobik ortamdaki büyük baş hayvan atığının fermantasyonu

esnasında üretilen Hidrojenin ve metanın amonyak nitrojeni üzerindeki etkilerini incelemiş-

lerdir[116]

II.2.2. Kullanılan Atığın Karıştırılmasıyla ilgili Çalışmalar

Chan ve arkadaşları: deniz fosilinin lağım çamuru, pis su ve kentsel katı atıkların kim-

yasal parametrelerini, gaz üretimindeki toplam gaz miktarı, üretilen toplam biyogazın içindeki

CH4,CO2 miktarı ve oranı 11 hafta boyunca tekrar dolaşım ve filtrelemenin aktif metan üreti-

mine geçiş periyodunu kısaltabileceğini, deniz fosilinin lağım çamuru, pis su ve kentsel katı

atık karışımı olan arazi doldurma hücresinin metan oluşumunu arttırdığını ve sistemdeki

filtrasyon ve tekrar dolaşımın (sirkülasyon ) oranının düşük miktarda ve kuvvette olmasının

biyogaz üretim verimini artıracağını belirlemişlerdir[117]. Lastela ve arkadaşları; yarı katı

organik atıklara farklı bakteriler aşılayarak, anaerobik ortamda, ayırma ızgaralı sistem, karış-

53

tırmalı, yükleme ünitesine sahip, biyogaz ayraçlı, biyogaz analiz ve arıtma cihazlı kombine

deney cihazında çalışma yapmışlardır[118]. Karim ve arkadaşları; Altı tane laboratuar ölçekli

anaerobik sindiricilerin karıştırma düzeneklerini yaparak hava pompası ile biyogaz çevirim

oranının ve akış borusu yüksekliğinin performansa etkisini incelemişlerdir. Günlük sindirici-

lerdeki hayvan gübresinden elde edilen biyogazın ihtiva ettiği metan miktarını 0,40–0,45 lt

olarak ölçmüşlerdir. Fakat biyogaz sirkülasyon oranının (karıştırma) yüksek olduğu periyot-

larda metan üretiminin azaldığı, tüplerdeki farklı yükseklikteki akış borularının metan üretim

miktarına etki etmediğini belirlemişlerdir. Sonuç olarak biyogazın tekrar dolaşımını sağlayan

mekanizmanın sindiricilerin içinde %15 oksijen oluşumuna, tüplerin ince hava geçirgenlikle-

rinden ve hava pompasının sızıntılarından dolayı reaksiyonları olumsuz yönde etkilediğini

belirlemişlerdir[119]. Süleyman ve arkadaşı: Organik atıkların oksijensiz sindirimi 10 d/d

karıştırma yapan ve mezofolik ortam 35-38 C sıcaklıkta bir sistem tasarımı yaparak model-

leme yapmışlardır[120]. Yaldız ve Rüprich yapmış oldukları çalışmada karıştırma yapılama-

yan bir üreteçte 16. günün sonunda üst yüzeyde 10 mm. kalınlığında bir katmanın oluştuğunu

saptamışlardır. Bu katmanın gaz üretimini azattlığını belirlemişlerdir[4].

Khursheed Karim ve arkadaşları, laboratuar ölçekli dört tane 3,73 lt’lik fermenteri

PVC’den imal ederek 35 °C’ta 16,2 hidrolik bekleme süresinde fermenterlere yüklenen büyük

baş hayvan atıklarını farklı yöntemlerle karıştırarak, karıştırmanın biyogaz üretimine olan

etkilerini incelemişlerdir.1. Fermenter; Karıştırma sistemi yok, 2. Fermenter; Üretilen biyoga-

zı gaz pompası ile tekrar sisteme göndererek bir karıştırma yapılmıştır. 3. Fermenter;62 mm

çapındaki eksensel karıştırıcı ile Karıştırma yapılmıştır. 4.Fermenter; Fermenterdeki bulamacı

atık pompası ile sirkülasyon ile karıştırması yapılmıştır[120] A.Rodriguez ve arkadaşı: Do-

muz gübresinin 1mm’lik filtrelerden geçirdikten sonra karıştırmalı ve karıştırmasız (katmanlı)

iki pilot fermenterde 35 °C’ta ve 60 gün bekleme süresinde birkaç kinetik model uygulayarak

birinci aşamada atığın içindeki mikro organizmaların büyüme limitlerini belirlemek, ikinci

aşamada karıştırmanın kinetik parametrelere olan etkisini incelemişlerdir[122]. Ong ve arka-

daşları; Büyük baş hayvan atığının karıştırmalı ve karıştırmasız bir fermenterde, bulamacın

üst/orta/alt kısımlarındaki biyogaz üretim miktarlarını incelemişlerdir[123]. Khursheed Karim

ve arkadaşları, anaerobik laboratuar ölçekli 3,73 lt’lik fermenterde 35 °C’ta hayvan atıkları-

nın sert çarpma ile karıştırma ile ilgili çalışma yapmışlardır[124]. Brole ve arkadaşları; 100 lt

kapasiteli yukarı akışlı biyogaz üretim reaktöründe, büyük baş hayvan gübresini karıştırmalı

ve karıştırmasız olarak biyogaz üretim miktarı ve % CH4’nı incelemişlerdir[125]. Keshtakar

ve arkadaşları; anaerobik ortamdaki büyükbaş hayvan gübresinin ideal olmayan sürekli karış-

54

tırmalı ve akışlı reaktörlerde üretiminin matematik modellemesini yapmışlardır[126]. Vavilin

ve arkadaşları; Mezofolik ortamda evsel katı atıkların çok karıştırılması sonucu asitleşme ol-

duğundan metanogenislerin olumsuz yönde etkilendiğini, bu yüzden düşük hızda karıştırılma-

nın daha olumlu etki sağladığını incelemişlerdir[127]. Janzekovic ve arkadaşları; sıvı gübre

içindeki katı madde oranı %5,05-%5,74 olan bulamacı 20 dakika özel bir karıştırıcı ile karıştı-

rıldığı zaman katı maddelerin sıvının içinde dağıldığını, atığın havalandırıldığını, çevreye

verdiği kokunun zamanla azaldığını ve kimyasal özellik bakımından daha kaliteli olduğunu

belirlemişlerdir[128]. Chen ve arkadaşları; bulamaçların, tüketilen gücün ve karıştırma düze-

yine göre reolojik (akış) özelliklerini çok etkilediğini biyogaz üretiminde kullanılan atıkların

non-Newton görünmelerine rağmen karıştırma ile bulamaç akış özellikleri arasında ilişkilen-

dirme yapılabileceğini belirlemişlerdir[129]. Sadaka ve arkadaşları 2 adet 4 litrelik

fermeterlere katı oranı yüksek sığır gübrelerini günde 2 defa 10 tur karıştırma yaparak, karış-

tırmanın biyogaz üretimine olan etkilerini incelemişlerdir. Karıştırılmış ve karıştırılmamış

atıkların uçucu katı madde oranı sırasıyla %9,6 ve % 7,3, karıştırılmış gübrenin kimyasal ok-

sijen ihtiyacı % 37,9 inmiştir. Karıştırılmış ve karıştırılmamış gübrelerden elde edilen biyogaz

miktarları karşılaştırılma yapıldığı zaman, karıştırılmış gübreden % 33,3 daha fazla biyogaz

üretilmiştir[130]. Patni ve arkadaşları; büyük baş hayvan, domuz gübrelerinin karıştırılması

esnasında gübrenin içeriğindeki Hidrojen Sülfat (H2S), Amonyak (CH3), Karbondioksit (CO2)

ve Metan (CH4) konsantrasyonlarındaki değişimleri incelemişlerdir[131]. Severs yapmış ol-

duğu çalışmada gübrenin işlenmesinde kimyasal pıhtılaşmanın etkili olduğu, bunun yanında

pıhtılaşmaya hem karıştırma yoğunluğu, hem de karıştırma süresinin de etkili olduğunu, atı-

ğın çok hızlı veya yavaş karıştırmanın olumsuz etkilediğini belirlemişlerdir[132]. Kalia ve

arkadaşları; yatay biyogaz üretecinde 20–23 oC sıcaklıklarda, 40 kg saf büyük baş hayvan

gübresi ile %10 bulamaçla karıştırılmış büyük baş hayvan gübresin den 15 hafta boyunca bu

iki sistemden biyogaz üretim sisteminden biyogaz üretim miktarını incelemişlerdir. Bulama-

cın karıştırıldığı sistemde biyogaz üretiminin daha fazla olduğu gözlemlemişlerdir[133].

Amon ve arkadaşları; 35 oC sıcaklıkta 60 gün bekleme süresince 1 l fermeterlere büyük baş

hayvan ve mısır atıklarını her 10 dk’ da 10 sn karıştırma yaparak biyogaz üretim oranlarını

incelemişlerdir[134].

Keshtkar ve arkadaşları büyük baş hayvan gübresini 35 oC, 15 gün bekleme süresinde,

İdeal olan ve ideal olmayan atığın iki farklı bölgesinde sürekli akışlı karıştırıcının dinamik

davranışını belirleyen bir matematik modeli geliştirmişlerdir. Yapılan çalışmalar sonucunda,

ideal olmayan bir karıştırıcının fermenterin performansının azatlığını, ideal karıştırma yapılan

55

reaktörlerde metan verimi, atığın pH, bekleme süresi ve atığın karıştırma derecesine göre doğ-

ru orantılı olduğu, tamamı karıştırmalı reaktörün reaksiyon yani bekleme süresini kısaltığını

gözlemlemişlerdir[135].

56

BÖLÜM III. DENEY SİSTEMİ VE GÜVENİRLİK DENEYİ III.1. DENEY CİHAZI III.1.1. Deney Donanımı

Atıklardan gaz üretiminin gerçekleştirilmesi işlemi çeşitli parametrelerin etkin rol aldığı

bir bütündür. Bu faktörler çevresel etkilerden, organizmaların davranışına, kullanılan atıklar-

dan, konsantrasyonlara kadar geniş bir yelpazede incelenebilir. Biyolojik parçalanmayı ger-

çekleştiren mikroorganizmalar açısından bu faktörler sıralanacak olursa[136].

• Sıcaklık, • Karıştırma • Hammaddenin cinsi ve miktarı • Ortam pH’ı • Partikül büyüklüğü

• Bekleme süresi • Tesis yapısı • Kuru madde miktarı • Kimyasal ve fiziksel özellikler

Bu parametreler göz önüne alınarak, çok geniş literatür taraması yapıldıktan sonra,

Marmara Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi, Makine Eğitimi Bölümü Enerji Eğitimi Ana-

bilim Dalı atölye ve laboratuarlarında biyogaz üretim şartlandırıcısı imal edilmiştir. Sistem

beş ana kısımdan meydana gelmektedir.

• Isıtma • Karıştırma • Fermenterler • Gaz ölçüm • Gaz depolama

57

Şekil III.1. Deney cihazını oluşturan elemanlar

58

III.1.2. Isıtma Sistemi

Anaerobik mikroorganizmaların üremeleri; viskoziteyi, yüzey gerilimlerini, kütle trans-

ferini ve üretim verimini de doğrudan etkiler. Parçalanmanın ilk basamaklarında gerçekleşen

hidroliz ve fermentasyon işlemlerinde görev alan bakterilerin farklı sıcaklıklara dayanıklı ol-

ması nedeniyle sıcaklığın etkisi net olarak görülmese de, daha sonraki basamaklardaki bakte-

rilerin sıcaklığa karşı daha duyarlı olmaları sıcaklıktaki değişimlerin etkilerini arttırmaktadır.

Artan sıcaklıklar metan üretimini arttırdığı gibi inhibisyona neden olan amonyak üretimini de

tetikler. Fakat 15 oC altındaki sıcaklıklarda, mikroorganizmaların adaptasyonları kolay da

olsa, gaz üretimi oldukça yavaşlamakta ve üreteç sistemi ekonomik olmaktan çıkmaktadır. Bu

nedenlerle optimum sıcaklığın belirlenmesi önem taşır. Günümüzde modern biyogaz üreteç

sistemleri mezofilik (20-40oC) ve termofilik (40-70oC) sıcaklık aralıklarında işletilebilmekte-

dir. Yüksek sıcaklıklarda atıkların parçalanma hızı artar ve sistemdeki bekleme süreleri kısalır

ve böylece daha küçük hacimlerdeki üreteçler kullanılabilir.

III.1.2.1. Dijital Termostat

Deney cihazı mezofilik ve termofilik sıcaklıklara ayarlamak için iki adet FK-150X

model dijital termostat kullanılmıştır. Termostatların sıcaklık Aralığı -40 ile 99 oC dir.

Şekil III.2. Dijital termostat

III.1.2.2. Isıtıcı Rezistans

Deney fermenterlerinin olduğu bölmeyi ısıtmak için 8 adet 220 V. Güç: 1250 W.

Özelliklerine sahip rezistanslar kullanılmıştır.

59

Şekil III.3. Rezistans

III.1.2.3. Isı Dağıtıcı Fan

Rezistansların yüzey kısımlarındaki ısıyı fermenterlerin olduğu bölmeye göndermek

ve yaymak için Maksimum debisi 1600 m³/h ve 125 oC’a dayanıklı kanal tipi iki adet aksiyal

fan kullanılmıştır.

Şekil III.4. Kanal tipi aksiyal fan

III.1.2.4. Isı Dağıtıcı Menfez

Fanların göndermiş olduğu sıcak havanın fermenterlerin bulunduğu ortama homojen

dağılmasını sağlamak için iki adet hava yönlendirici menfez kullanılmıştır.

Şekil III.5. Menfez

III.1.2.5. Dijital Termometre

Fermenterlerin içindeki atığın, fermenterlerin bulunduğu haznenin ve ortam sıcaklığını

ölçmek için 7 adet DİXEL XT11S model dijital termometre kullanılmıştır. Termometrelerin

sıcaklık Aralığı -50.0 ile 99.9 oC, hassasiyet ± 1 oC ‘dir.

60

III.1.3. Karıştırma Sistemi

İstenilen özellikteki atık konsantrasyonlarına ulaşmak için seyreltme yapılır ve

inhibisyona neden olabilecek maddelerin konsantrasyonları zararsız limitlere çekilebilir. Bu

özellikle katı içeriği fazla olan atıkların kullanılmasında üreteçte çalışma rahatlığı yaratır.

Seyreltme oranının arttırılması ile atık maddelerin üreteçlerin tabanlarına çökelmesi nedeniyle

seyreltme üreteç içinde farklı katmanların oluşmasını engellemek için karıştırma sistemleri

kullanılmaktadır. Deney cihazında, üreteçlerin içindeki mile bağlı karıştırıcı kanatları12 volt

DC araba silecek motoru kullanılarak karıştırıcıları döndürmek ve üretecin içindeki hava or-

tamının anaerobik olması için mekanik manyetik karıştırma sisteminden yararlanılmıştır.

Şekil III.6. Mıknatıslarla karıştırma sistemi III.1.4. Fermenterler ( Üreteç )

Günümüzde laboratuar ölçekli fermenterlerin içindeki atığın reaksiyon esnasında fi-

ziksel ve kimyasal değişikliklerin kolay bir şekilde görsel veya cihazla analizinin yapılabil-

mesi ve atıkların sistematik olarak anaerobik ortam oluşturma, ısıtma, karıştırma, yüklenebil-

me, biyogaz sıcaklığın ve pH ölçümlerinin doğru ve düzenli yapılabilmesi için iç çap 190 mm

dış çap 200 mm, yüksekliği 270 mm ve et kalınlığı 5 mm şeffaf saydam silindirik pleksi glass

malzeme kullanılmıştır[5,86].

61

Şekil III.7. Fermeneter

III.1.5. Veri Ölçümleri

Fermenterlerde kullanılan atıklardan biyogaz üretiminin incelenmesi esnasında ve ön-

cesinde, Atıkların kimyasal analizleri ( KOİ, TK, UKMO, pH, C/N vb), günlük üretilen biyo-

gaz miktarı ve depolanması, pH ölçümleri ve üretilen biyogazın % metan (CH4) oranları öl-

çülmüştür.

III.1.5.1. Biyogaz Üretim Miktarının Ölçümü

Deneyler sırasında atıklardan elde edilecek biyogaz miktarını bulmak için daldırmalı

depo sisteminden yararlanılmıştır. Altı kapatılmış 125’lik PVC borunun içine doldurulan suya

üst kısmı kapatılmış 100’lük PVC boru daldırılmıştır 125’lik PVC borunun tam ortasından su

seviyesinden 3 cm daha yüksek ½” plastik boru kaynatılarak 100’lük PVC borusuna biyoga-

zın giriş kısmı açılmıştır. 100’lük PVC borusunun ağırlığından dolayı depolanan biyogaza

basınç uygulamasını engellemek için 100’lük boruya makaralı sistemle dengeleyici ağırlıklar

asılmıştır(58,120)

62

Şekil III.8. Biyogaz ölçüm düzeneği

Biyogaz havadan % 20 daha hafif olduğu için miktar ölçümü yapılırken herhangi bir

basınca maruz kalmaması için biyogaz ölçüm düzeneği üzerinde bir takım dengeleme kuvvet-

leri eklenerek hesaplama yapılmıştır.

Şekil III.9. Biyogaz ölçüm düzeneği

63

100’lük PVC boru yüksekliği sıfır konumunda ve denge durumunda iken dengeleyici

ağırlığa 50 gr daha fazla bir ağırlık eklenerek fermenterin içine maksimum 1,6 kPa, minimum

0,1 kPa bir vakum uygulanarak, fermentlerde üretilen biyogazın anında sistemin üst kısmın-

daki PVC boruya dolması sağlanır.

Suyun kaldırma kuvveti (SK) + Dengeleyici ağırlık (Gd) >Borunun ağırlığı (Gb)

0

0,5

1

1,5

2

0 10 20 30 40 50

Yükseklik (cm)

Vak

um (k

Pa)

Şekil III.10. Biyogaz ölçüm düzeneğindeki vakumun yüksekliğe bağlı olarak değişimi

Şekil III.11. Gaz ölçüm cihazının ölçülendirilmesi

64

V = hy. π . r2 [ m3] = hy. π . ( 105/2 )2. 10 -6 [ m3] V (lt) = hy (mm) 8,66/ 1000 (3.1)

Burada V biyogaz hacimsel (lt), hy 100 PVC borunun yükselme miktarı, r yüzlük bo-

runun yarıçapı ve π sabit sayı (3,14)

III.1.5.2. Gaz Depolama

Atıklardan elde edilecek biyogazı depolayıp, yüzdelik metan oranının analizini yap-

mak için 2 bar basınca dayanıklı, yüksek bariyerli 25 lt‘ lik alüminyum fulyo torbaları kulla-

nılmıştır.

Şekil III.12. Yüksek bariyerli gaz torbası III.1.5.3. Metan (CH4) Ölçümü

Günlük olarak üretilen % metan (CH4) ölçümü, MSA 200 model gaz kromotogrofisi yardımı ile ölçülmüştür. Cihazın ölçme hassasiyeti % 5 LEL (Level Explation Limit)’dir.

Şekil III.13. Gaz analiz cihazı

65

III.1.5.4. pH Ölçümü

Biyogaz üretilen atıkların günlük pH’ları IQ 1380 model dijital pH metre ile ölçülmüş-tür. Ölçüm hassasiyeti ± 0.5’dir.

III.1.5.5. Atıkların Kimyasal Analizleri

Deneylerden önce ve deneylerden sonra atıkların KOİ (Kimyasal oksijen ihtiyacı), TK

(toplam katı), UKMO (Uçucu katı madde oranı), pH ve C/N (karbon ve azot oranı) gibi ana-

lizler Marmara Üniversitesi, Fen Bilimler Enstitüsü, Çevre bilimleri Anabilim Dalı bölümün-

de analiz ettirilmiştir[137]. Kimyasal analizlerde kullanılan yöntemler Tablo III.1.de göste-

rilmiştir.

Tablo III.1. Kimyasal analizlerde kullanılan yöntemler

Analiz Metot

KOİ(Kimyasal oksi-

jen ihtiyacı)

5 220 C. Closed Reflux Titrimetric Method (Part 5000 aggregate

organic constituents)

TK(Toplam katı) 2540 B. Total solids dried at 103–105 oC ( Part 2000 Physical and

aggregate properties )

UK (Uçucu katı) 2540 E. Fixed and volatile solids ignited at 550 oC (Part 2000

Physical and aggregate properties)

pH metre pH 315 İ WTW marka pH metre ile ölçümler yapılmıştır.-

2000….+16000 arasında kararlıdır.

III.1.6. Ölçü Cihazlarının Kalibrasyonu Deney sisteminde kullanılan pH metre, Termometre, manometre gibi cihazlarla doğru

ölçüm yapılması için, özel bir şirkete cihazların kalibrasyon ölçümleri yaptırılarak Ek A,B,C

ve D ‘de olduğu gibi sertifikalandırılmıştır.

66

III.2. CİHAZIN GÜVENİRLİK DENEYİ

Deneyde kullanılan cihazın, güvenli bir şekilde biyogaz üretiminde sınır şartlarını

(ısıtma, karıştırma ve gaz üretimi ve depolama vb) sağlayıp, sağlamadığını belirlemek için

daha önce literatüre geçmiş başka bir biyogaz üreteci ile aynı sınır şartları sağlanarak biyogaz

üretim oranları karşılaştırılmıştır.

III.2.1. Atığın Hazırlanması

İstanbul Zeytinburnunda 25 büyük baş hayvan kapasiteli çiftlikten alınan taze atık 500

g/l, litresi 1:3 sulandırılarak, el matkabına özel dizayn edilmiş tel çırpıcı ile yüksek hızda 3

dakika karıştırılarak atık fermentere alınarak deneylere başlanmıştır.

Şekil III.15. Atığın hazırlanması

III.2.1.1. Atıktan Alınan Numuneler

Deneylerde kullanılan atık su ile belirli oranlarda, el matkabına özel dizayn edilmiş tel

çırpıcı ile homojenlik kıvamına kadar 3 dk karıştırıldıktan sonra atığın içindeki bazı kimyasal

özelliklerin ( KOİ, TK, UKMO, pH, C/N vb ) analizi için 500 ml plastik kaplara doldurularak

analize gönderilmiştir.

Şekil III.16. Atıklardan alınan numuneler

67

Tablo III.2. Literatür ve güvenirlik deneyinin sınır şartları ve kimyasal analizler. Örnek çalışma Güvenirlik deneyi Toplam katılar(TK) % % 15 %14 Toplam katılar(TK) g/l 150 151,4 Uçucu katı madde oranı (UKMO) g/l 75 97.1 Kimyasal oksijen ihtiyacı (KOİ) g/l 42 42,5 pH 6,3 6,58 Bekleme süresi gün 60 gün 60 gün Karıştırma ve karıştırıcı modeli Karıştırıcı kanatlarla atık

karıştırma Karıştırıcı kanatlarla

atık karıştırma Sıcaklık (oC) 35 oC 35 ±1 oC Karıştırma süresi Sürekli karıştırma Sürekli karıştırma C/N - 18

Tablo III.2’de verilen literatür ve güvenirlik deney sınır şartları ve kimyasal analiz deney so-

nuçları (günlük biyogaz üretim miktarı, pH değişimi ve % metan oranı) aşağıda şekil III.18,

III.19 ve III.20 ‘ de verilmiştir.

III.2.2. Deney Sonuçları

Şekil III.17. Literatür araştırmasına göre günlük biyogaz ve pH miktarı [121]

68

Şekil III.18. Deney cihazında üretilen günlük biyogaz miktarı

BBH Gübresi

0123456789

0 10 20 30 40 50 60Zaman (Gün)

pH

Şekil III.19. Deney de kullanılan büyükbaş hayvan gübresinin günlük pH değişimi

Şekil III.20. Üretilen biyogazın % CH4 (Metan) oranı

BBH Gübresi

0

1

2

3

4

5

6

0 10 20 30 40 50 60

Zaman (Gün)

Biy

ogaz

üre

timi (

L/d)

BBH Gübresi

0

20

40

60

80

100

0 10 20 30 40 50 60

Zaman (Gün)

Mat

an o

ranı

(%)

69

Şekil III.21. Güvenirlik deneyi ile örnek çalışmanın günlük biyogaz miktarlarının karşılaştırılması

Şekil III.22. Deney cihazının fotoğrafı

70

III.2.3. Biyogazın Yakılması

Deneyler sonucunda elde edilen biyogaz yakılarak yanma özelliği gözlenmiştir.

Şekil III.23. Deneylerde elde edilen biyogazın yakılması

71

BÖLÜM IV. BİYOGAZ ÜRETİMİNDE ATIK KARIŞTIRMA VE

KARIŞTIRICI SİSTEMLER

IV.1. BİYOGAZ ÜRETİMİNDE ATIK KARIŞTIRMA IV.1.1. Atık Karıştırma Sistemleri Fermantasyon materyalinin üreteci oluşturan tüm kısımlarda akıcılık özelliğine sahip

olması gerekmektedir. Ayrıca üreteç içerisinde materyalin homojen dağılması esastır. Parça-

cık büyüklülüğünün olabildiğince küçük olması da fermantasyon etkinliğini artıran önemli bir

faktördür. Materyal üreteç içerisinde karıştırılmadığı durumda taban ve üst kısmında bulunan

materyalin yüzme ve çökelme nedeni ile kuru madde içeriği orta kısma göre daha fazla ola-

caktır. Bu, bakterilerin faaliyetini azaltacağı gibi üst kısımda bulunan kuru madde içeriği yük-

sek olan kısım oluşan gazın dışarıya çıkmasına engel olur [4].

IV.1.1.1. Pasif Karıştırma Sistemleri

Pasif karıştırma sistemlerinde homojen bir karıştırma sağlanamadığı için üreteç, içeri-

sinde bulunan bir kısım materyalin sıcaklığı diğer kısımdan daha az ise bu durumda özgül

ağırlığı daha fazla olacaktır. Sıcaklığı daha yüksek olan materyal yükselirken diğeri aşağıya

doğru hareket edecektir. Belirli oranda karışmayı sağlayan bu sistemde enerji gereksinimi

yoktur veya çok azdır [4]. IV.1.1.2. Aktif Karıştırma Sistemleri Bu sistemlerdeki karıştırıcılar fermenterin her noktasındaki atığı hareket ettirebilen sis-

temlerdir. Üretecin taban ve üst kısmında oluşan kuru madde oranı yüksek materyalin karıştı-

rılması olanaksızdır. Bu nedenle mekanik düzenlemelerle karıştırmanın yapılması gerekmek-

tedir [4].

IV.1.2 Biyogaz Üretiminde Atık Karıştırmanın Sebepleri

• Fermenterin içindeki gübre ile bakterilerin temas devamlılığını sağlamak.

• Fermenterin ve fermenterin içindeki gübrenin her tarafının sıcaklık dağılımını sağla-

mak

72

• Atığın içindeki katı partiküllerin ve kir tabakasının fermenterin alt kısmına çökmesini

engellemek.

• Atığın içinde zamanla serbest halde meydana gelen metan baloncuklarının boşaltıl-

masına yardımcı olmak [138].

IV.1.2.1. Karıştırmanın Avantajları

Biyogaz üretilen birçok atık içerisindeki fiziksel özeliklerden dolayı reaksiyon esna-

sında diğer atıklarla veya bulamaçla bire bir temas etmesi için karıştırma veya çalkalama

yapmak gerekir. Fermentlerdeki atığın karıştırılmasının veya çalkalamanın birçok avantajları

vardır. Bunlar;

• Metanogenisler tarafından üretilen biyogazın çıkışını kolaylaştırmak.

• Bakteri populasyunu ile taze atığın birbirine karışımı sağlanarak reaksiyonu hızlan-

dırmak.

• Fermantasyon esnasında atığın üst yüzeyindeki köpük oluşumunu ve atığın içindeki

küçük partiküllerin fermentörün (reaktörün) taban kısmına çökmesini engellemek.

• Fermenterdeki atığın sıcaklık dağılımını eşitlemek.

• Bulamacın içindeki bakteri popülasyon yoğunluklarını düzenlemek.

• Fermentlerdeki ölü alanı, karıştırma yöntemi kullanılarak fermentlerdeki boş alan

hacminin fermantasyon üzerindeki olumsuz etkilerini en aza indirmek [30].

IV.1.3. Biyogaz tesislerinde Kullanılan Karıştırıcılar ve Montaj Şekilleri

Büyük biyogaz tesislerinde kullanılan atıktan maksimum miktarda biyogaz çıkışını ve

daha verimli olmasını sağlamak için atığı minimum enerji harcayarak, biyogaz tesislerinde bir

takım karıştırıcılar ve bu karıştırıcıların farklı şekilerde montajı uygulanmaktadır.[139]

A B

Şekil IV.1. A Alt ve üst karıştırmalı çift kanatlı katıştırıcı, B Üç kanatlı ve helezon karıştırıcı

73

Şekil IV.2. Alt ve üst karıştırmalı çift karıştırıcı

Şekil IV.3. Çift pervaneli karıştırıcı ile yandan karıştırma

Şekil IV.4. Çok kanatlı karıştırıcı ile yatay karıştırma sistemi

74

Şekil IV.5. Dikdörtgen fermenterde kanatlı karıştırıcı ile yatay karıştırma sistemi

Şekil IV.6. Dikdörtgen fermenterde çok kanatlı karıştırıcı ile yatay karıştırma sistemi [139].

75

IV.2.KARIŞTIRICI SİSTEMLER Karıştırma sistemleri 1950 yıllarından itibaren gelişmeye başlanmıştır. Karıştırma ile

ilgili yayınlar 1966 yıllarında Uhl ve Gray tarafından yapılan çalışmalar ile başlamıştır. Son

30 yıldır birçok mühendis tarafından dizayn edilen karıştırıcılar değişik alanlarda ve değişik

amaçlarla kullanılmaktadır [140]. Birçok endüstri alanında akışkanların istenilen şekilde ka-

rıştırılması ve karıştırma düzeneğinin kurulması çok önemlidir [141].

IV.2.1 Karıştırıcıların Kullanım Alanları

• Kimya (tarım ve eczacılıkta) • Petrokimyada • Biyoteknolojide • Polimer işlemlerinde • Boyama sanayinde

• Kozmetik alanda • Gıda sanayinde • İçme ve pissu işlemlerinde • Kağıt fabrikalarında • Maden işlemede

IV.2.2 Karıştırıcı Kullanımı ve Dizayn Amaçları

• Tankın içinde homojen bir karışım ve karıştırma sağlamak

• Karıştırma sonunda kütle transferi ile sıvıların içindeki gazın dağılımını sağlamak

• Akışkanın içindeki asılı partikülleri dağıtmak

• Tankın içindeki farklı yoğunluk ve kıvamdaki akışkanların karışımını sağlamak

• Akışkanın içerisindeki ısı transferini homojen olarak dağıtmak

• Reaksiyon: homojen ve heterojenliği sağlamak

IV.2.3 Karıştırıcı Sistemler ve Yapı Elemanları

Herhangi bir amaçla tasarım ve dizaynı yapılacak karıştırıcının mükemmel verim elde

edilebilmesi için karıştırmanın yapılacağı tankın geometrisi, karıştırma tekniği, karıştırıcı tipi,

kullanılacak karıştırıcının kanat şekli, karıştırmanın yapılacağı tankın iç yüzeyi ve iç yüzeyde

kullanılacak akış engelleyici (baffle) genişliği ve kullanım miktarı gibi parametreler çok

önemlidir. Genellikle kimya endüstrisinde kullanılan karıştırıcı sistem üç ana kısımdan oluş-

maktadır [142].

IV.2.3.1. Tank

Karıştırma sistemi uygulanacak alan ve karıştırılacak maddeye bağlı olarak değişik

şekilerde tasarlanabilir.

76

Şekil IV.7 Farklı şekillerle karıştırmanın yapılacağı tank [142].

IV.2.3.2. Engelleyici (Baffle)

Baffle karıştırma sisteminde karışımın mükemmel bir şekilde karışımını sağlayan çok

önemli bir parametredir.

Şekil IV.8 Tank içindeki bafflerin gösterimi

IV.2.3.3. Karıştırıcı Kanatlar (impeller)

Karıştırma sisteminin en önemli elamanlarından olan karıştırıcı kanatlar, kullanılacak

olan malzemenin cinsine, viskozitesine, yoğunluğuna, uygulama alanına, dönme hızına bağlı

olarak birçok çeşitleri vardır. En çok kullanılanlarda radiyal ve eksenel akışa göre farklı şekil-

lerde tasarlanabilir.

a b

Şekil IV.9 a ve b sırasıyla radiyal ve eksenel akış [142]

77

IV.2.3.3.1. Radiyal Kanat Çeşitleri

Radiyal akış kanatları genellikle katıları karıştırmada, katı birleştirmede, ısı geçişi gibi

sistemlerde kullanılmaktadır. Kullanılacak alana göre kanatlar arasındaki açı 10 o ile 90o ola-

bilir fakat karıştırma verimliliğini olumlu yönde artırdığı için genellikle kanatlar arasındaki

açı 45 o olarak tasarlanmaktadır [140].

Şekil IV.10 Radyal karıştırıcılar

IV.2.3.3.2. Eksenel Kanat Çeşitleri

Eksenel kanatlar genellikle orta viskoziteli akışkanların, tek veya çok aşamalı karış-

tırmalarında gaz-sıvı, sıvı-sıvı ayrıştırmalarında kullanılmaktadır. Eksenel karıştırıcılarında en

çok ruhston model kullanılmaktadır, rushton model de diskin yanlarına yerleştirilen 6 adet

kanat (daha fazla olabilir) ve tankın iç çeperine (yüzeyine ) kullanılan baffle’lar sayesinde

gaz-sıvı karışımını en iyi şekilde karıştırmaktadır. Rusthon model çoğunlukla atık, lif işleme

ve kâğıt endüstrisi de kullanılmaktadır [140].

Şekil IV.11 Eksenel karıştırıcılar

IV.2.3.4. Karıştırma Sisteminin Isıtılması

Karıştırma yapılacak sistemin ısıtılması ve ısının karıştırılacak akışkanın üzerinde ho-

mojen dağılımını sağlamak için birçok farklı yöntem vardır [140].

78

Şekil IV.12. Karıştırma sisteminin ısıtılması

79

IV.3. RUSHTON VE T TİPİ KARIŞTICI VE SAYISAL

MODELLENMESİ IV.3.1. Rushton Karıştırıcı

Biyogazın atıklardan üretiminin maksimum seviyelerde olması için, anaerobik ortam,

fermenter sıcaklığı, atığın çeşidi, yoğunluğu, pH, fermenterin üzerindeki basınç, atığın kalite-

si, atığın uygun koşularda karıştırılması vb gibi birçok parametre vardır. Fakat bunlardan sı-

caklık ve karıştırma gibi parametreler gaz üretimini doğrudan etkileyen faktörler olmaktadır.

Bu yüzden fermenterlerin içindeki atığı en uygun ve mükemmel şekil karıştırabilecek olan

Rushton karıştırıcı modeli seçilmiştir.

Rushton tipi karıştırıcı 1980’li yılardan beri çok farklı biçimlerde sanayide ve labora-

tuar fermenterlerinde çok baskın olarak kullanılmaktadır. Rushton radiyal akışlı pervane 6-8

tane disk üzerine yerleştirilerek akışkana radiyal yönde akışkanı pompalama yapmaktadır.

Karıştırma tamamının ölçülmesi ve tanımlanması kolay değildir [143]. Karıştırma kalitesini

ve karışımın homojenliğini etkileyen birçok parametre olmasına rağmen kanatların dönme

hızı ve kanat ölçüleri çok iyi belirlenmelidir [142].

Rushton karıştırıcısı genellikle gıdalar, pH, oksijen ve diğer kimyasal özelikler içeren

maddelerin bulunduğu biyo reaktörlerde kullanılmaktadır [142].

a b c

Şekil IV.13 a Rushton karıştırma sistemi, b rushton karıştırma sistemindeki baffles ların gös-

terimi, c rushston karıştırıcısının hız vektörleri gösterilmektedir [140,142].

80

Birçok çalışmada Standart Rushton karıştırıcısı bir disk üzerine yerleştirilen 6 adet ka-

nat ve karıştırmanın yapılacağı fermenterin iç yüzeyine yerleştirilecek olan 4 adet baffle ‘dan

meydana gelmektedir. Ayrıca disk çapı, diskin mil çapı, diskin üzerindeki kanatların genişliği,

kanatların yüksekliği, karıştırıcının toplam genişliği ve diski tutan çubuğun çapı, fermenterin

boyu ve yüksekliğine bağlı olarak standart hesaplamalarla belirlenmektedir [144].

Yapılan literatür çalışmalarına göre Rushton karıştırıcı farklı şekiller de yani disk üze-

rindeki kanatların sayısı ve fermenterin iç yüzeyine baffle kullanılmadan dizayn ve tasarımı

yapılabilir. [145].

Şekil IV.14 Baffle’sız Rushton tipi karıştırıcı IV.3.1.1 Deneyde Kullanılan Standart Rushton Karıştırıcının Detaylı Geometrisi ve Ölçü-

lendirme

Fermenterin çapına göre deneylerde kullanılacak standart Rushton karıştırıcısının,

fermenterin çap ve yüksekliğine bağlı olarak boyutlandırılması aşağıdaki şekil’de verilmiştir

[146].

a b Şekil IV.15. a ve b Standart baffl’llı fermenter, karıştırıcı ve kanatların detaylı geometri tasa-rımı

81

Tablo IV.1 Rushton tipi karıştırıcının standartlara göre ölçüleri DT = Fermenter çapı ≈ 20 cm Dİ = Karıştırıcı çapı; Dİ = DT/3 = 6,6 ≈ 7 cm HI = Akışkan(Atık) yüksekliği; HI = DT = 20 cm Hİ = Karıştırıcının fermenterin tabanından yüksekliği; Hİ = DT/3 = 6,6≈ 7 cm W = Baffle genişliği; W = 3Dİ /10 = 1,98 ≈ 2 cm L = Kanat genişliği; L = Dİ/4 = 1,65 ≈ 2cm H = Kanat yüksekliği; H = Dİ/5 = 1,32 ≈ 1,5 cm Dd = Disk çapı; Dd = 3Dİ/4 = 5 cm Dh = Disk gövde çapı; Dh = Dİ/4 = 1,65 ≈ 1,5 cm Ds = disk şaft çapı; Ds = 4Dİ/25 = 1,05 ≈ 1 cm X = Disk kalınlığı; Dİ /3=2,3 ≈ 2 mm

Şekil IV.16 Deneyde kullanılan Rushton karıştırıcı ve fermenter ölçüleri [147,148].

Şekil IV.17. Deneyde kullanılan karıştırıcı(Rushton), fermenter, Baffle ve motor montajı

82

IV.3.2. T Kanat Karıştırıcı

Deneylerde karıştırmanın biyogaz üretimine olan etkisini karşılaştırmak için, karıştır-

ma sistemlerinde kullanılan T kanatlı karıştırıcı seçilmiştir.

Şekil IV.18. Deneyde kullanılan T karıştırıcı ve fermenter ölçüleri IV.3.2.1. Deneyde Kullanılan T Kanatlı Karıştırıcının Detaylı Geometrisi ve Montajı

T kanat karıştırıcıları az karışmın olması istenilen karıştırmalarda kullanılmaktadır. T

kanatlı karıştırıcının bulunduğu fermenter iç kısmında baffle bulunmamaktadır.

Şekil IV.19. Deneyde kullanılan T kanat karıştırıcının fermenter ve motor montajı

83

IV.3.3. Star-CD Paket Programı ve Deneyde Kullanılan Standart Baffıl’lı Rushton ve T

Kanatlı Karıştırıcıların Star-CD Paket Programında Modellenerek Performansının İn-

celenmesi

Bir karıştırma işleminde asıl görev akışkanın bulunduğu bölgede kalıcı bir durgunluk-

tan kaçınarak, akışkanın bulunduğu bölgede çok iyi türbilanslı bir akış meydana getirmesidir

Buna benzer deneysel çalışmalar çok uzun süreli ve masraflı olduğu için bu tip çalışmalar

sayısal simülasyonlar yapılarak etkili ve güvenli bir şekilde uygulanmaktadır.[149]

Deneylerde kullanılan karıştırıcılar için Marmara Üniversitesi Mühendislik Fakülte-

si’nin lisanslı Star-CD paket programında karıştırıcıların performansı incelenmiştir.

CD-adapco'nun çekirdek ürünü olan STAR-CD Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği

(HAD) yazılımıdır. Yazılımın kökleri 1980'lerde adapco'nun, Computational Dynamics Ltd.'e

ve STAR-CD Versiyon 1'e yapmış olduğu yatırımlara dayanmaktadır. Yıllar geçtikçe, STAR-

CD ürünleri adapco'nun mühendislik servislerinin etkisi ile sürekli olarak geliştirilmiş ve bu

işlem sürecinde, diğer tüm HAD yazılımlarından tasarım ortamlarına daha entegre olmuş

komple çözümler sunmaktadır.

STAR-CD, HAD uygulamaları için geliştirilmiş problem oluşturma, otomatik ayrıştır-

ma, analizlerin çalıştırılması ve ön/son işlemlerinin en ileri seviye gerçekleştiren Grafik Kul-

lanıcı Arayüzlü pro-STAR ön/son işlemci ile tam entegre çalışmaktadır. İşlem merkezli, kul-

lanışı kolay ve efektif bir kullanıcı ara yüzüne sahiptir. İleri seviye etkileşimli sistemi saye-

sinde aşağıdaki proseslerin yapılabilmesini sağlar.

• Çözüm ağlarının oluşturulması/program içerisine alınması, kontrol ve tamir edilmesi

• Sınır koşullarının belirlenmesi

• Termofiziksel modellerin, özelliklerin ve sınır şartlarının atanması

• Çözüm kontrolünün oluşturulması

• Hesaplamanın izlenmesi ve hızlandırılması

Analizin sona ermesinden sonra; kullanıcı ara yüzü, animasyon, akış parçacıklarının

görüntülenmesi, grafiksel gösterim veya vektörel görüntüleme gibi güçlü ön/son işlemci özel-

likleri sağlar.

84

IV.3.3.1. Desteklenen Akış Rejimleri ve Şartları

• Daimi ve zamana bağımlı, laminer Newtonian ve non-Newtonian akışlar

• Türbülanslı akışlar (çeşitli ileri seviye türbülans modelleri )

• Sıkıştırılabilir akışlar.

• Döner makinelerdeki akışlar

• Periyodik, yansımayan (non-reflecting), hareketli sınır koşulları gibi muhtelif sınır

koşulları (örnek olarak içten yanmalı motorlar, pompalar, türbinler, pervaneleri karıştırı-

cılar, stator-rotor etkileşimli sistemler)

STAR-CD, içten yanmalı motorlar veya çarpan bir kalp gibi, özellikle hareket eden

veya dönen ortamlarda simülasyon gerektiren durumlarda kullanılabilmektedir.

IV.3.3.2. Fiziksel Modeller

STAR-CD çözücüsü sadece türbülans, yanma, radyasyon veya çoklu fizik problemleri

için çözüm modelleri değil tüm HAD (Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği) yazılımları içinde

en ileri modelleri ile mevcut bütün çözüm ağları için çözümler sunmaktadır.

IV.3.3.2.1. Kimyasal Reaksiyon ve Yanma

• Çoklu heterojen ve homojen kimyasal reaksiyon ve NOx formülasyonu

• Kimyasal denge kompozisyon şartlarının hesaplanması sağlayan entegre algoritmalar

• Gaz, sıvı, katı (kömür gibi) yanma simülasyonları

• Güçlü kimyasal yeteneklere sahip özel geliştirilen karmaşık kimyasal çözücüler

• Benzin ve dizel gibi içten yanmalı motorlar için geliştirilmiş özel yanma modelleri

• Malzeme özellikleri veritabanı

• HAD ve kimyasal modeller ile entegre çalışmalar

• Weller 3-denklem yanma modeli

• İçten Yanmalı motorlar için yeni kütüphaneler

IV.3.3.2.2. Isı ve Kütle Transferi

• Taşınım (buoyancy), iletim (katı ve 'baffle') ile ısı geçişi

• Isıl ve solar radyasyon

• Kütle transferi

85

IV.3.3.2.3. Çok Fazlı Akışlar

• Çoklu fizik 'Lagrangean' akışları (gaz/katı, gaz/sıvı, sprey, katı/sıvı, sıvı/sıvı)

• İki fazlı akışlar, 'Eulerian' yaklaşımlı

• Serbest yüzey modelleme ve kavitasyon

• Çoklu akışkan akımları

• Dağıtılmış rezistans (porous media)

IV.3.3.2.4. Euler İki-Faz Akış Modelleri

• Keskin ara yüzlü komple faz ayrışması

• Gaz kabarcıkları, damla ve parçacıklı akışlar

• Fazlar arası ısı transferi

• Isı transferi içeren serbest-yüzey akışları

• Geliştirilmiş karıştırıcı ve sıvı yataklı reaktör analizleri

IV.3.4. Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (CFD)

CFD bilgisayar tabanlı simülasyonlar yardımıyla kimyasal reaksiyon, ısı transferi, akış

içeren sistemlerin analizidir. Teknik endüstriyel yada endüstriyel olmayan alanlarda kullanıl-

maktadır. [150,151]

• Aerodinamik

• Güç santralarında

• Elektrik elektronik mühendislinde

• Kimyasal mühendislikte

• Gemi mühendisliğinde

CFD tabanlı çözümler yüzde yüz güvenli değildir çünkü;

• Bilgi girişi çok fazla kabul içermektedir.

• İşlem gücü (PSI) yüksek nümerik hassasiyeti için sınırlı olabilir.

• Bilimsel bilgi tabanı yetersiz olabilir.

Güvenirlik artar;

• Türbülanslı akışlardan ziyade laminer akışlar için

• Çok fazlı akışkanlardan ziyade tek fazlı akışkanlar için

• Kimyasal reaktif malzemelerden ziyade kimyasal tepkinmesiz için

86

• Çoklu kimyasal tepkinmeler yerine tek kimyasal tepkinme için

• Karmaşık karışımlar yerine tek bir akışkan için

Herhangi bir CFD probleminin ana temeli tek fazlı akışı tanımlayan Navier-stokes denk-

lemleridir. Bu denklemler, Euler denklemlerini elde etmek için tanımlanan viskozite terimi

kaldırılarak sadeleştirilebilir. Daha ileri sadeleştirme ise tam potansiyel denklemleri veren

vorticity terimi kaldırılarak yapılabilir. Sonuç olarak bu denklemler lineerleştirilmiş potansi-

yel denklemleri elde etmek için lineerleştirilebilir.

CFD’ki en temel düşünce bilgisayarda ayrıklaştırılmış bir akışkanın sürekli olarak nasıl

davrandığıdır.

Bir metot, hacim çözüm ağı (Mash) veya grid oluşturmak için uzaysal çözüm alanını kü-

çük hücrelere ayıklaştırmaktır ve hareket denklemlerini (sürtünmesiz akışkanlar için Euler

denklemleri ve sürtünmeli akışkanlar için Navier-stokes denklemleri ) çözmek için uygun bir

algoritma kullanılır.

Girid üzerindeki bütün ilgili uzunluk ölçüleri verildiğinde (Doğrudan nümerik simülasyo-

nu) laminer ve türbülanslı akışları için Navier-stokes denklemlerini doğrudan çözmek müm-

kündür. Bununla beraber genel olarak, probleme uygun uzunluk ölçü aralığı günümüzde güç-

lü paralel bilgisayarlarla modellenebilir. Bu durumda türbülanslı akış simülasyonları bir tür-

bülans modeline başvurma ihtiyacı duyar k-ε modeli yada reynold stres modeli ile birlikte

büyük eddy (girdap) simülasyonları ortalama reynold, Navier-stokes denklemlerin belirlen-

mesi bu ölçülerle ilgili iki tekniktir. Birçok örnekte, diğer eşitlikler (çoğunlukla taşınım-

difüzyon denklemleri) Navier-Stokes eşitlikleri ile aynı anda çözülür. Diğer denklemler şu

tanımları içerir; konsantrasyon çeşitleri, kimyasal reaksiyonlar, ısı transferi ve benzeri. İleri

düzeydeki programlar, çok fazla akışlar içeren daha karmaşık (ör. Sıvı/gaz, katı/gaz, sıvı/katı

yada non-Newtonian akışkanlar) simülasyonları izin verir.

IV.3.4.1. CFD İşlemleri

Her CFD simülasyon işlemi için aslında üç aşama vardır; ön işlemci, çözücü, ileri işlemci

[152]

87

IV.3.4.1.1. Ön İşlemci

Akış modeli analizi ve oluşumu için ilk adımdır. Modelin (CAD) paket programı içerisin-

de oluşturulması ve uygulanması, akış sınır şartlarının ve akışkan malzeme özelliklerinin gi-

rilmesini içerir. CAD geometrisi alınıp CFD çözümü için adapte edilir. Üç boyutlu katı model

mümkün olan en hassas geometri dönüşümü için çok açık bir geometri araçları CAD çizimin-

den katı ve sıvı çözüm alanlarını almada kolaylık sağlarlar.

İleri düzey temizleme ve işleme araçları modeli mesh için hazırlar daha sonra doğru ve

düzgün CFD tipi çözüm ağı modelin tümünde oluşturur.

• Problemin geometrisi (fiziksel sınırlar) tanımlanır.

• Akışkan tarafından işgal edilen hacim ayrık ünüform veya non ünüform (üniform)

olabilir

• Fiziksel model tanımlanır. Örneğin hareket denklemleri + entalpi + türlerin korunu-

mu.

• Sınır şartları tanımlanır. Problemin sınırlarındaki akışkan davranış özelliklerini belirt-

meyi gerektirir. Çok hızlı geçiş problemleri için başlangıç şartlarda tanımlanmalıdır.

IV.3.4.1.2. Çözümleyici

CFD çözücüsü akış hesaplamalarını gerçekleştirir ve sonuçları üretir. Program kapsamlı

bir etkileşime sahiptir. Böylece analizde her hangi bir anda yapılan değişiklikler kolaylıkla

uygulanabilir. Buda hem zaman kazandırır hem de tasarımı verimli bir şekilde iyileştirmeye

yarar.

Grafik kullanıcı ara yüz sezgiseldir. Eğrileri kısa zamanda öğrenmeye yardımcı olur ve

modelleme işini hızlandırır. Buna ek olarak uygulanabilir ve çözüm ağı kapasitesi CFD prog-

ramı satıcılarının arasında tektir ve geniş aralıkta fiziksel modellerle birlikte çalışabilir. Bu

kapasite karmaşık hareketli nesnelerin akışla ilişkisini kolaylaştırmakta ve uygulanabilirliğini

mümkün kılmaktadır.

Hassas fiziksel maddelerin en geniş endüstriyel ölçüdeki uygulamalara karşı doğru-

lanmasını sağlar. Böylece gerçek dünya şartları doğrulukla simüle edilir.

Bunlar;

88

• Çok farklı akışlar

• Reaksiyon akışlar

• Dönen elemanlar

• Hareketli ve deforme olan nesneler

• Türbülans

• Radyasyon

• Akustik

• Dinamik çözüm ağı

Üç ayrı nümerik çözüm tekniği vardır

• Sonlu farklar

• Sonlu elemanlar

• Spektral metotlar

IV.3.4.1.3. İleri İşleme

CFD‘deki son adımlar ve CFD görüntüleri ve animasyonların gerçekleştirilmesi

ve ön görülen akış verilerinin yorumunu içerir. İleri işleme araçları birkaç seviyede-

ki raporlamayı sağlamayı mümkün kılar. Böylece tasarım işlemindeki bütün ortak-

ların tümünün ilgi ve ihtiyaçlarını karşılar.

Nicelikli veri analizi istenildiği kadar hassaslaştırılabilir. Yüksek çözünürlüklü re-

simler ve animasyonlar çalışmalarımızı hızlı ve etkili bir yolla ifade etmemize yar-

dım eder.

• Fiziksel çözüm alanı ve grid görünümü

• Vektör çizimi

• Çizgi ve gölgeli çevre çizimi

• İki boyutlu ve üç boyutlu yüzey çizimi

• Tane izleme

• Elle hareketlilikte izleme

• Renkli dip not çıkışı

89

IV.3.4.2. Sonlu Hacimli Metot

Sonlu hacimli metod kısmi diferansiyel denklemlerin cebirsel denklemler gibi

gösteren ve değerlendiren metot dur.

Sonlu farklar metoduna benzer şekilde çözüm ağı geometrisindeki ayrık noktalarda-

ki değerler hesaplanır. Sonlu hacim çözüm ağındaki her bir düğüm noktasını çevre-

leyen küçük hacimleri temsil eder. Sonlu hacim metodunda divergence titreşimi içe-

ren kısmi diferansiyel denklemlerdeki hacim entegrali divergence teoremi kullana-

rak yüzey entegrallerine dönüştürülür.

Bu terimler her bir sonlu hacmin yüzeylerinde akı olarak değerlendirilir. Çünkü

verilen bir hacme giren akı bitişik hacme geçen akı ile özdeştir.

Sonlu hacim metodunun diğer bir avantajı yapısal olmayan çözüm ağları için kolay-

lıkla formülleştirilmesine izin vermesidir.

CFD paket programların çoğunda kullanılmaktadır. Üç boyutlu akışkan hareketi

5 kısmi diferansiyel denklem sistemi ile tanımlanır: Kütle korunumu, x,y,z momen-

tum, iç enerji ve hal denklemleri. Star-CD paket programı vektörel hız dağılımı ve

akışkanın üzerindeki sıcaklık dağılımını 3000 iterasyon adımında aşağıdaki denk-

lemlere göre çözüm yapmaktadır.

Kütle 0)( =+∂∂ udiv

tρρ

(4.1)

X–momentum MxSgraddivxpudiv

tu

++∂∂

−=+∂

∂ )()()( υμρυρ (4.2)

Y-momentum MySgraddivypudiv

t++

∂∂

−=+∂

∂ )()()( νμρνρν (4.3)

Z-momentum MzSgradwdivzpwudiv

tw

++∂∂

−=+∂

)()()( μρρρ (4.4)

İç enerj iSkgradTdivpdivuiudivti

+Φ++−=+∂

∂ )()()( ρρ (4.5)

Hal denklemleri ),( Tpp ρ= ve ),( Tii ρ= (4.6)

RTp ρ= Ve TCi ν= (4.7)

90

2

22

2222

)(

2

divu

yw

zxw

zu

xyu

zw

yxu

λν

νν

μ +

⎪⎪⎪

⎭

⎪⎪⎪

⎬

⎫

⎪⎪⎪

⎩

⎪⎪⎪

⎨

⎧

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛∂∂

+∂∂

+⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

∂∂

+∂∂

+

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛∂∂

+∂∂

+⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡⎟⎠⎞

⎜⎝⎛∂∂

+⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛∂∂

+⎟⎠⎞

⎜⎝⎛∂∂

=Φ (4.8)

IV.3.5. Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (CFD) ile Deneyde Kullanılan Standart

Rushton ve T Kanatlı Karıştırıcıların Star-CD Paket Programında Performansının

İncelenmesi

Deneylerde kullanılan atıkların fiziksel ve kimyasal özelliklerinin belirlenme-

sinden sonra Star – CD programında sınır şartları belirlenerek çalıştırılmıştır.

Tablo IV.2. Modellemedeki sınır şartlar

Fiziksel ve Kimyasal özellikler Sayısal değerler Biyogaz üreteç boyutları Çap:20 cm, Yükseklik: 27 cm Biyogaz üretecinin imal malzemesi ve et kalınlığı

Plexi glass 5 mm

Atık Büyükbaş hayvan Toplam Katılar(TK) % %12 Toplam Katılar(TK) g/l 141,4 Uçucu Katı Madde Oranı (UKMO) g/l 90.1 Kimyasal Oksijen İhtiyacı (KOİ) g/l 38,5 pH 6,5/7,5 Bekleme süresi gün 45 gün Karıştırıcı model

-Rushton karıştırıcı (Altı ka-natlı ve baffle ) —İki Kanatlı Karıştırıcı —Karıştırmasız

Atığın ısı iletimi (W/m.K) 0,12-0,19 [153] Atığın özgül ısısı 4,2 kj/kg oC [154] Karıştırma zamanı 2 dak/saat Sıcaklık (oC) 35 ±1 oC Karıştırma süresi Sürekli karıştırma Karıştırıcı motor devri d/d 30 Atığın Yoğunluğu kg/m3 1090 Viskozite (35 oC ‘de) kg/ms 0,084

91

Star – CD programında; karıştırıcıların akışkan içinde 30 d/d ile döndüğü zaman da

akışkana, yatay ve dikey düzlemde, karıştırıcının akışkana kazandırmış olduğu hareketi

ve sıcaklık dağılımına etkisini renkli vektörel olarak görüntüleme, akışkanın fermenter

içindeki statik basıncı, vb parametreler incelenerek şekil fotoğrafları çekilmiştir.

IV.3.5.1. Deneyde Kullanılan Standart Rushton Karıştırıcının Star-CD Paket

Programında Performansının İncelenmesi

Rushton karıştırıcısının ve fermenterin şekilleri solids work çizim programında

çizildikten sonra IGS dosyası olarak Star – CD paket programına tanımlanır daha sonra

sınır şartları belirlenir ve yüzey mesh ve dikey mesh yapılarak rushton ve fermenter

istenilen sınır şartalarında modellenerek çalıştırılır.

A B

Şekil IV.20. A Yüzey mesh, B Kesit mesh Star-CD programında fermenter, karıştırıcı ve atık sınır şartaları belirlendikten sonra,

atığın temas ettiği yüzey ve kesitlerde hacim çözüm aralığı oluşturulmuştur.

92

Şekil IV.21. Çözümdeki iterasyon grafiği Star – CD programı çalışırken aşağıda maddeler halinde yazılan denklem ve

işlemleri kullanarak 3000 e yakın iterasyon çözülmüştür.

• Süreklilik denklemi

• X yönündeki momentum

• Y yönündeki momentum

• Z yönündeki momentum

• Türbülans Kinetik enerjisi

• Türbülans Disposition

• Enerji denklemi

Program çalışırken karıştırıcının performansını belirleyen diğer parametre ve

fotoğrafları müteakip şekillerde verilmiştir.

93

Şekil IV.22. Karıştırma yapılırken akışkanın hidrostatik basıncı Atık karıştırma sırasında atığın ve Rushton karıştırıcısının fermenterin alt kısmına uygu-

lamış olduğu hidrostatik basınç Star-CD programında izlenmiştir.

Şekil IV.23. Karıştırma yapılırken dikey sıcaklık dağılımı Karıştırma esnasında fermenterin ve atığın içindeki sıcaklık dağılımını göstermektedir.

94

Şekil IV.24. Karıştırma yapılırken yüzeysel sıcaklık dağılımı

Rushton tipi karıştırıcısının atığa kazandırmış olduğu mükemmel bir karışım do-

layısıyla fermenterin dış cephesinden merkeze doğru, homojen bir sıcaklık dağılımı

izlenmiştir.

Şekil IV.25. Karıştırma yapılırken yüzeysel vektörel hız dağılımı

Şekil IV.25 teki rushton tipi karıştırıcının üsten görünümü ve şekil IV.26 daki Z

yönünde izlendiği zaman fermenterin merkezinden fermenterin dışına doğru bir hız iv-

mesinin kazandığı ve özellikle fermenterin iç cephesindeki 900 açı ile monte edilen

Baffların gelen laminer akışı türbülanslı akışa çevirdiğini bu da fermenterin içersindeki

atığın çok iyi karıştırıldığını göstermektedir.

95

Şekil IV.26. Karıştırma yapılırken yüzeysel vektörel hız dağılımı

Şekil IV.27. Karıştırma yapılırken dikey vektörel hız dağılımı

Şekil IV.28. Karıştırma yapılırken Atık ve fermenterin üst kısmının ayırım nok-tasının izlenmesi

96

IV.3.5.2. Deneyde Kullanılan T Kanatlı Karıştırıcının Star-CD Paket Programında

Performansının İncelenmesi

Rushton karıştırıcısı gibi T karıştırıcı ve fermenterin şekilleri solids work çizim

programında çizildikten sonra IGS dosyası olarak Star – CD paket programına tanımla-

nır daha sonra sınır şartları belirlenir ve yüzey mesh ve dikey mesh yapılarak T karıştı-

rıcı ve fermenter istenilen sınır şartlarda modellenerek çalıştırılır.

A B

Şekil IV.29. A Yüzey mesh, B Kesit mesh

Şekil IV.30. Çözümdeki iterasyon grafiği

97

Şekil IV.31. Karıştırma yapılırken akışkanın hidrostatik basıncı

Şekil IV.32. Karıştırma yapılırken dikey sıcaklık dağılımı

Şekil IV.33. Karıştırma yapılırken yüzeysel sıcaklık dağılımı

98

Fermenterin içindeki atığın homojen bir karışımı sağlanamadığı için sıcaklık dağılımı da

homojen olmamış, fermenterin dış cephesindeki sıcaklık dağılımının fazla iç kısımların-

da ise az olduğu gözlemlenmiştir.

Şekil IV.34. Karıştırma yapılırken yüzeysel vektörel hız dağılımı

Şekil IV.34’de T kanat karıştırıcının vektörel hız dağılımına bakıldığı zaman T

kanat karıştırıcının uç noktalarında vektörel hızının maksimum olduğu; dış taraflara

doğru hızın minimuma indiği görülmektedir.

99

BÖLÜM V. DENEYSEL ÇALIŞMALAR VE BULGULAR V.1. DENEYSEL ÇALIŞMALAR V.1.1. Deneylerde Kullanılan Atık ve Temini V.1.1.1 Deneyde Kullanılan Atık Biyogaz üretiminde kullanılan hayvansal atıklar çeşitlilik, miktar, kimyasal ve

fiziksel özellik ve kalitesine bağlı olarak değişmektedir [155].Ülkemizin büyükbaş hay-

van kapasitesinin de fazla olmasından dolayı deneylerde büyükbaş hayvan(inek) gübresi

kullanılmıştır.

V.1.1.2. Deneyde Kullanılan Atığın Temini

Deneylerde kullanılacak olan büyükbaş hayvan gübresi İstanbul Zeytinburnun da

15 büyükbaş hayvan kapasiteli bir çiftlikten, özel bir kapla alınarak muhafaza edilmiştir.

Gübrenin analizinin yapılması ve fermenterlerin gübre yüklemeye hazır hale getirilmesi

süresince gübre soğuk ortamda muhafaza edilmiştir[156] V.1.1.3. Deneyde Kullanılan Atığın Hazırlanması Deneylerde kullanılacak atıktan maksimum verim sağlanabilmesi için fiziksel ve

kimyasal özelliklerin sınır şartları incelenmiştir.

V.1.1.3.1. Bulamacın viskozitesi ve nemi

Bulamacın fiziksel özelliklerinden olan akıcılık (vizkosite); anaerobik ortamda

işlenen bulamacın içindeki sıcaklık dağılımını etkileyen ve bulamacın içindeki partikül-

lerin çap ve tiplerini belirleyen önemli bir parametredir[156,157].

Gübrenin nem oranı bulamacın viskozitesi ile ters orantılı olarak değişmektedir.

Ayrıca sıcaklık yükseldikçe akışkanın viskozitesi azalmaktadır[158]. Biyogazın üreti-

100

minde kullanılan atığın viskozitesinin düşük olması veya su eklenerek düşürülmesi,

biyogaz üretim aşamasında ve sistemden çıkan atığın tarlalara gübre olarak kullanılması

aşamalarında kolaylık göstermektedir.[159].

V.1.1.3.2. Atığın Sulandırılması

Atığın yoğunluk, katı oranı vb. gibi fiziksel özellikleri biyogaz üretimini etkile-

yen parametreleridir [157]. Katı halde olan atığın 3:1 oranlarda su ile karıştırdıktan son-

ra, el matkabına monte edilen tel çırpıcı ile 5 dk karıştırılarak homojenlik ve akıcılık

sağlandıktan sonra, fermenterlere yükleme yapılmıştır.

V.1.1.4. Deneylerde Kullanılan Atığın Kimyasal ve Fiziksel Analizleri Biyogaz üretiminde kullanılan atığın biyogaz üretim verimliliği, atığın içindeki

toplam katı, uçucu katı madde oranı, kimyasal oksijen ihtiyacı vb özelliklere bağlıdır.

Bu özelliklerin belirlenmesi için 500 ml atık numune, kimya laboratuarında analiz etti-

rilmiştir.

Tablo V.1. Deneylere de kullanılan atıkların kimyasal ve fiziksel Özellikleri

Fiziksel ve kimyasal özellikler Sayısal değerler Toplam Katılar(TK) % %12 Toplam Katılar(TK) g/l 141,4 Uçucu Katı Madde Oranı (UKMO) g/l 90.1 Kimyasal Oksijen İhtiyacı (KOİ) g/l 38,5 pH 6,5/7,5 Bekleme süresi gün 45 gün Karıştırıcı model

-Rushton karıştırıcı (Altı ka-natlı ve baffle ) —İki Kanatlı Karıştırıcı —Karıştırmasız

Atığın ısı iletimi (W/m.K) 0,12-0,19 [153] Atğın özgül ısısı 4,2 kj/kg oC [154] Karıştırma zamanı 2 dk/h Sıcaklık (oC) 35 ±1 oC Karıştırma süresi Sürekli karıştırma Karıştırıcı motor devri d/d 30 Yoğunluk kg/m3 1090 Viskozite (35 oC ‘de) kg/ms 0,084

101

V.1.2. Deneylerde Kullanılan Fermenterler Atığın belirlenmesi, temini, hazırlanması ve analizlerin yapılması aşamalarından

sonra, karıştırma olmayan fermenter F1, T karıştırıcı fermentere F2 ve Baffle Rushton

karıştırıcının bulunduğu Rushton karıştırıcı fermenterlere F3 şekil V.1 aynı oranlarda (2

L ) ve aynı zamanda yükleme yapıldıktan sonra anaerobik ortam sağlanabilmesi için

fermeneterin alt kapak ve üst kapak arasına 5 mm conta konulduktan sonra vidalama ve

gerekli kontroller yapıldıktan sonra deneylere başlanmıştır.

A.

B Şekil V.1.A ve B Deneylerde kullanılan fermenterler

Şekil V.2 Atıkların üreteçlerde görünümü

102

V.2. DENEYSEL BULGULAR Yarı kesikli besleme yöntemi ile fermenterlere yükleme ve gerekli kontroller

yapıldıktan sonra fermenter, sıcaklığı 36 ±1 0C olan biyogaz üretim şartlandırıcısına

konularak deneylere başlanmıştır. 24 saat sonrasında her fermenterin 45 gün boyunca,

biyogaz üretim miktarı (L/d), % metan oranı ve pH değişimi not edilerek grafikler üze-

rinde gösterilmiştir. Aşağıdaki günlük değerler Ek E de sayısal olarak gösterilmiştir.

0

1

2

3

4

1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45

Zaman (Gün)

Biy

ogaz

Üre

tim M

ikta

rı (L

/d)

Karıştırmasız

Şekil V.3. Karıştırmasız fermenterden üretilen biyogaz miktarı

0

1

2

3

4

1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45

Zaman (Gün)

Biy

ogaz

Üre

tim M

ikta

rı (L

/d)

Pasif Karıştırıcı (T)

Şekil V.4. T kanat karıştırıcı fermenterden üretilen biyogaz miktarı

103

0

1

2

3

4

1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45

Zaman (Gün)

Biy

ogaz

Üre

tim M

ikta

rı (L

/d)

Aktif Karıştırıcı (Rushton)

Şekil V.5. Rushton karıştırıcı fermenterden üretilen biyogaz miktarı

0

1

2

3

4

1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45

Zaman (Gün)

Biy

ogaz

Üre

tim M

ikta

rı (L

/d)

Karıştırmasız Pasif Karıştırıcı (T) Aktif Karıştırıcı (Rushton)

V.6. Karıştırmasız, T karıştırıcı ve Rushton Karıştırıcı fermenterlerden üretilen biyogaz miktarı

Fermentere yüklenen gübre içinde O2 içerdiğinden, ilk önce devreye aerobik bakteri-

ler girerek bu O2’yı tamamen kullanırlar ve büyük miktarda CO2 gazı açığa çıkar. Or-

tamdaki bütün O2’nın aerobik ayrıştırma periyodu sonunda kaybolmasından sonra, me-

todun üretimine yönelik anaerobik fermantasyon periyodu başlar.

Ana aerobik fermantasyon 3 fazdan meydana gelir [12] • Hidroliz

• Asit oluşumu

• Metan oluşumu

104

Bu işlemler 2 farklı bakteri grubu tarafından gerçekleştirilir.

• Asit oluşturan bakteriler

• Metan oluşturan bakteriler

Çevre şartlarının ideal olduğu ve özellikle karıştırma ve atığın üzerindeki sıcaklık

dağılımı homojen hale geldiği zaman metan bakterilerinin sayısı artarak daha fazla bi-

yogaz üretimine katkıda sağlarlar. Şekil V.6 grafiği incelendiği zaman karıştırmasız

üreteçteki biyogaz üretimin fazla olması yüzeyde sıcaklık dağılımının homojen olma-

sından kaynaklanmaktadır. T ve Rushton karıştırıcılardaki biyogaz üretiminin az olma-

sının sebebi ise karıştırıcıların atığı karıştırırken soğuk ve sıcak karışımının homojen

olarak dağılmadığı için ilk birkaç günde gaz çıkışı çok olmaktadır. 12-13 . Günlerde

karıştırmasız fermenterin yüzeyinde bakterilerin biyogaz üretimi yavaşlarkenT karıştırı-

cı ve Rushton karıştırıcıların bulunduğu üreteçlerin içindeki atığın karışımının ve sıcak-

lık dağılımının homojen hale gelmesi ile biyogaz üretim oranları artmaktadır.

6

6,2

6,4

6,6

6,8

7

7,2

7,4

7,6

1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45

Zaman (Gün)

pH

Karıştırmasız

Şekil V.7. Karıştırmasız fermenterin pH değişimi

105

6

6,2

6,4

6,6

6,8

7

7,2

7,4

7,6

1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45

Zaman (Gün)

pH

Pasif Karıştırıcı (T)

Şekil V.8. T karıştırıcı fermenterin pH değişimi

6

6,2

6,4

6,6

6,8

7

7,2

7,4

1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45

Zaman (Gün)

pH

Aktif Karıştırıcı (Rushton)

Şekil V.9. Rushton karıştırıcı fermenterin pH değişimi

106

6

6,2

6,4

6,6

6,8

7

7,2

7,4

7,6

1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45Zaman (Gün)

pH

Karıştırmasız Pasif Karıştırıcı (T) Aktif Karıştırıcı (Rushton)

Şekil V.10. Karıştırmasız, T karıştırıcı ve Rushton Karıştırıcı ferment erlerin pH deği

şimi

Metan bakterileri için optimum pH aralığı 6.5-8.2 kabul edilir. Bu tür bakterile-

rin rölatif aktivitelerinin (asetat kullanım hızlarının) pH ile değişimi Şekil V.11 deki

gibidir. PH >8 için aktivitenin aniden düşmesi ortamdaki serbest (iyonize olmamış)

NH3 miktarıyla da ilgilidir.

pH kontrolüyle metan bakterileri üzerindeki inhibisyon etkisi önlenir. pH<5,5

halinde asit bakterileri de belli ölçüde inhibisyona uğrarlar. Havasız arıtmada işletmeye

alma ve aşırı yük devreleri dışında genellikle pH kontrolü gerekmez. Metan bakterileri-

nin rölatif aktivitelerinin, pH<6 halinde normal işletme halindekinin %50’sine yeniden

ulaşması için gerekli süreler şekil V.11 da gösterilmiştir [160].

Şekil V.11 Metan bakterilerinin reaktif aktivitelerinin (R), pH ile değişimi

107

0

10

20

30

40

50

60

70

1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45

Zaman (Gün)

% M

etan

Karıştırmasız

Şekil V.12. Karıştırmasız fermenterde üretilen biyogazın % CH4 oranı

0

10

20

30

40

50

60

70

1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45

Zaman (Gün)

% M

etan

Pasif Karıştırıcı (T)

Şekil V.13. T karıştırmalı fermenterde üretilen biyogazın % CH4 oranı

108

0

10

20

30

40

50

60

70

1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45

Zaman (Gün)

% M

etan

Aktif Karıştırıcı (Rushton)

Şekil V.14. Rushton karıştırmalı fermenterde üretilen biyogazın % CH4 oranı

0

10

20

30

40

50

60

70

1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45

Zaman (Gün)

% M

etan

Karıştırmasız Pasif Karıştırıcı (T) Aktif Karıştırıcı (Rushton)

Şekil V.15. Karıştırmasız, T karıştırıcı ve Rushton Karıştırıcı fermenterlerde üretilen

biyogazın % CH4 oranı

Fermantör adı verilen hava almayacak şekilde yalıtılmış tankların içine yüklenen

büyük baş hayvan gübresi gibi organik atıkların reaksiyona girebilmesi için gerekli sınır

şarları sağlandıktan sonra fermantöre yüklenen gübre içinde O2 içerdiğinde ilk önce

devreye aerobik bakteriler girerek bu O2’yı tamamen kullanılırlar ve büyük miktarda

CO2 gazı açığa çıkar. Ortamdaki bütün O2’nın aerobik ayrıştırma periyodu sonunda,

metodun üretimine yönelik anaerobik fermantasyon periyodu başlar.[12]

109

Çevre şartlarının ideal olduğu ve fermantasyon için yeterli miktarda bakteri bulun-

duğunu varsayarak ne dereceye kadar fermantasyon olacağı şekil V.12, V.13, V.14 ve

V.15 te anlaşıldığı gibi reaksiyon süresine bağlıdır, yani belli limitler içinde fermantas-

yon da buna bağlı olarak azalır.

Fermantasyonun tamamlanabilmesi için gübrenin fermantörün içinde kalması gere-

ken zamana alıkoyma süresi denmektedir. Bu alıkoyma süresi ortamın sıcaklık ve or-

tamdaki bakteriler için gerekli besin miktarıyla çok yakın ilişkilidir.

110

BÖLÜM VI. SONUÇLAR VE ÖNERİLER

Bu çalışmada, biyogazın üretiminin verimliliğini etkileyen birçok parametreler

(fermenter modeli, fermenter hacmi, karıştırma modeli, atık cinsi, sıcaklık ve bekleme

süresi vb.) sabit tutarak atık karıştırmanın biyogaz üretimine olan etkisi incelenmiştir.

Fermenterlerin içindeki atığın karıştırmasız (F1), çift kanatlı karıştırıcı (T karış-

tırma) (F2), ve Baffle 6 kanatlı Rushton karıştırıcı (Rushton karıştırma) (F3) ortamını

sağlamak için, üç tane fermenter için, STAR-CD akışkan programında çift kanatlı karış-

tırıcı, 4 baffle 6 kanatlı rushton karıştırıcı ve fermenterler, belirli sınır şartlarında mo-

dellenerek hazır paket programında çalıştırılmıştır. Bu çalışmalar sunucunda çift kanatlı

karıştırıcının akışkanın vektörel hız dağılımı ve sıcaklık dağılımının homojen olmadığı

fakat rushton karıştırıcının vektörel hız dağılımı ve sıcaklık dağılımının homojen oldu-

ğunu gösteren şekil ve fotoğraflarla belirlenerek, karıştırıcılar ve fermenterlerin imalatı

yapılmıştır. Ayrıca biyogaz üretim reaksiyonun meydana geldiği ortamın, (fermenterin

iç kısmı) maksimum derecede anaerobik ortam olanak oluşturmak için mekanik ve

manyetik karıştırma sistemi kullanılmıştır.

Karıştırma sistemi olarak, 2 dak/saat zaman aralığında ve 30 d/d hızda, 36 oC

ve 45 gün aynı sınır şartlarında biyogaz şartlandırıcısına konularak 24 saat aralıklarla

biyogaz üretim miktarları, pH değişimi, günlük üretilen biyogazın %’lik metan (CH4)

oranı incelenmiştir.

Star-CD programında yapılan modellemelerden alınan veri, fotoğraflar ve yapı-

lan deney sonuçlarının birbiri ile paralellik sağlandığı, deneyler sonucunda biyogaz üre-

timinin çok önemli parametreleri olan karıştırma ve attığın içindeki sıcaklık dağılımının

çok iyi olduğu, 6 kanatlı Rushton karıştırıcısının bulunduğu fermenter (F3), karıştırma-

sız fermenterden (F1) % 30, çift kanatlı karıştırıcı(F2) ‘dan %15,4 daha verimli olduğu,

111

karıştırma ve attığın içindeki sıcaklık dağılımının pasif olduğu çift kanatlı karıştırıcı(F2)

da % 16,6 karıştırmasız fermenterden (F1) daha verimli olduğu hesaplanarak biyogaz

üretiminde kullanılan atığın karıştırılmasının biyogaz üretimine olan etkisi incelenmiş-

tir.

Karıştırılmış fermenter karıştırılmamış fermenter den daha fazla biyogaz üret-

mektedir. Deneylerde yapılan gözlemlere göre deneylerin başlangıcında, ilk 2-8 günleri

arasında karıştırılmamış fermenter karıştırılmış fermenterden daha fazla biyogaz ürettiği

karıştırılmayan fermenterde 9 ve 10. günlerden sonra yüzeyde katı tabaka oluşmaya

başlandığı gözlemlenmiştir[121].

Yapılan incelemelerde atık karıştırmanın biyogaz üretimine olan faydaları sıralanabilir.

• Metanogenisler tarafından üretilen biyogazın çıkışını kolaylaştırmak, üst ve orta

tabakalarda meydana gelen biyogaz baloncukların yüzeye birikmesini sağlar.

• Fermantasyon esnasında atığın üst yüzeyindeki köpük oluşumunu ve atığın için-

deki küçük partiküllerin fermenetörün (reaktörün) taban kısmına çökmesini en-

geller ve zamanla atığın içindeki bazı partiküllerin üst yüzeyde kabuklaşmasını

engeller.

• Fermenterdeki atığın sıcaklık dağılımını eşitleme: Biyogaz üreten bakterilerin

sıcaklığa olan hassasiyetlerinden dolayı fermenterin her noktasının aynı sıcaklı-

ğa sahip olması biyogaz üreten bakterilerin popülasyonlarını artıracağı için bi-

yogaz üretiminde bir artış meydan getirmektedir.

• Bulamacın içindeki bakteri popülasyon yoğunluklarını düzenleme. Bir noktadaki

bakteri popülasyonu karıştırıcı yardımı ile diğer bölgelere bulaştırılarak yeni

bakterilerin üremesini sağlamaktadır.

• Fermentlerdeki ölü alanı, karıştırma yöntemi kullanılarak fermentlerdeki boş

alan hacminin fermantasyon üzerindeki olumsuz etkilerini en aza indirir.

112

Biyogaz üretimindeki sınır şartlarının çok değişken olması, kullanılan atık çeşit-

lerinin çok fazla çeşit ve kıvamda olması biyogaz üzerinde daha birçok çalışmanın de-

vam ettirilmesi gerektirdiğini şu şekilde sıralayabiliriz.

• Organik atıkların farklı kimyasal enzimlerle birlikte reaksiyona girmesini sağla-

yarak biyogaz üretim verimliliğinin artırılması.

• Laboratuar ölçekli veya büyük tesislerde biyogaz üreteçlerinin geometrik şekil

ve ebatlarda olmasının biyogaz üretimine olan etkisinin incelenmesi.

• Kesikli karıştırma veya sürekli karıştırmanın biyogaz üretim verimliliğinin araş-

tırılması.

• Karıştırma hızının biyogaz üretimine etkisi.

• Biyogazın ucuz maliyetle sıvı halde depolanabilme olanaklarının araştırılması.

• Biyogazı belirli kimyasal reaksiyondan geçirerek saf metan üretimini sağlamak

113

KAYNAKLAR

[1] Kaya, O.:“Yemek Artıklarından Biyogaz enerjisi Üreten Sistemin tasarımı ve İma-

latı” Gazi Üniversitesi Fen Bilimler Enstitüsü Makine Eğitimi Anabilim Dalı Yük-

sek lisans tezi, Ankara, Eylül, 1999.

[2] Acaroğlu, M.:“Alternatif Enerji Kaynakları” Ders kitabı Atlas yayın dağıtım, İstan-

bul,Temmuz, 2003.

[3] Öncel, S; İkizoğlu, E.: Öngen, Gaye; Vardar Sukan, FaziletE. Ü. Mühendislik

Fakültesi, Biyomühendislik Bölümü, Bornova – İzmir, 2001.

[4] Yaldız,O,.“ Biyogaz Teknolojisi” Akdeniz Üniversitesi, Yayın No:78 Antalya,

2004.

[5] Paussa, A.;Andre,G.;Perrier,M.;Guit, S.R:“Liquid-to-Gas Mass Transfer in

Anaerobic Processes:Inevitable Transfer Limitations of Methane and Hydrogen in

the Biomethanation Process” Applied and Enviromental Microbiology, Vol. 56,

No. 6 , pp.1636-1644, June 1990.

[6] “A Renewable Energy Project Kit Build your own biogas generator Teach Build

Learn” Reneweable Energy The Pembina Institute 2002.

[7] McCabe, J: Eckenfelder, w.eds : “Biological Treatment of Sewage and Industrial

Wastes”Two volumes.New York:Reinhold publishing, 1997.

[8] Wellinger, R.: A.(Eds.), “Hygienic and Environmental Aspects of Anaerobic

Digestion:Legislation and Experiences in Europe”, Stuttgart-Hohenheim,pp. 73–

79. 1999.

[9] Karaosmanoğlu, F.:“Biyogaz Nedir?” İstanbul Teknik Üniversitesi Kimya Mühen-

disliği Bölümü Maslak/ İstanbul, 2004.

[10] Ortenblad, H. (Ed.):“Anaerobic Digestion: Making Energy and Solving Modern

Waste Problems”, pp. 5–7.2000.

[11] Buğutekin, A., Binark, A.K., “Dünyada ve Ülkemizde Biyogaz Çalışmaları” IV.

Ulusal Temiz Enerji Sempozyumu Bildiri kitabı ,İstanbul, Sh 593-600, 26-28 Ma-

yıs 2004.

114

[12] Türkiye Çevre Sorunları Vakfı. “Türkiye’nin Çevre Sorunları”, Ankara, Ağustos

1983.

[13] Dudley, D.J., Guentzel, M.N., Ibarra, M.J., Moore, B.E., Sagik, B.P.,

“Enumeration of potentially pathogenic bacteria from sewage sludges”. Appl.

Environ. Microbiology 39 (1), 118–126, 1980.

[14] Larsen, H.E., “Bakteriologiske risici ved anvendelse af husdyrg€odning og

affald”. Rev. DanskVet. Tidskrift. 78 (15), 763–766 (in Danish, with English

summary), 1995.

[15] Lusk,P.: “Methane Recovery from Animal Manures The Current Opportunities

Casebook” National Renewable Energy Laboratory, September 1998.

[16] Gustavssion,M.;“Biogas Techonology-Solution in Search of Its Problem A Study

of small-Scale Rural Techonology Introduction and Integration” ,Section Human

Dept.Interdisciplinary Studys,Göteburg University,March,2000.

[17] Öztürk,M,:“Hayvan Gübresinden Biyogaz Üretimi”Çevre ve Orman Bakanlı-

ğı,Ankara,2005.

[18] “Energy and environmental technology A system approach to biogas technology”

(FAO/CMS), 1996.

[19] Salah M. Al-Azzam “Biogas a source of energy” National Energy Reseach center

ÜRDÜN 2003.

[20] Elektrik İşleri Etüt İdaresi Genel Müdürlüğü Eskişehir yolu 7. km No:166 Posta

kodu:06520, Çankaya-ANKARA 2003.

[21] Sathianathan, M. A. “Biogas Achievements and Challenges”. Association of

Voluntary Agencies of Rural Development,New Delhi, India. 1975.

[22] Sasse, L.;“Biogas Plant” A Publication of the Deutsches Zentrum für

Entwicklungstechnologien – GATE, 1998.

[23] Essay,N.:“An Investigation of the Link Between Bovine Diet and Their Excreta

Methan Emissions”American Museum of Natural History ,2002.

[24] Kapdi, S.S.; Vijay, V.K.; Rajesh, S.K.; Prasad, R.:“Biogas scrubbing, compression

and storage:perspective and prospectus in Indian context” Renewable Energy, vol.

30, pp.1195–1202, 2005.

[25] Mahmood Alimahmood “ CO2 Capture and Bioconversion to Biogas in an

Anaerobic System using UASB Reactor” Department of Building, Civil

Environmental Engineering, Degree of Master of Applied Science at Concordia

University, Canada, March 2004.

115

[26] Kapdi, S.S.; Vijay, V.K.; Rajesh, S.K.; Prasad, R.:“Biogas scrubbing, compression

and storage:perspective and prospectus in Indian context” Renewable Energy, vol.

30, pp.1195–1202, 2005.

[27]“Minnesota’s Potential for Electricity Production Using Manure Biogas Resources”,

Minnesota Department of Commerce State Energy Office, April, 2003.

[28] “Biogas and Natural Resources Management” (BNRM) Newsletter Issue No:1 to

51,1978-1996.

[29] Gunnerson, C. G. and D. V. Stuckey “Integrated Resource Recovery-Anaerobic

Digestion-Principles and Practices for Biogas systems”. World Bank Technical

Paper No. 49. 1986.

[30] “İnformation and Advisory Service on Appropriate Technology”, Biogas Digest,

Biogas Basic, Volume I , 2002.

[31] Seki,K.,“How to use biogas absorptive storage of digester gas”Energy Technology

Laboratories Energy Conversion TBU,Osaka Gas Co.,Ltd.,2002.

[32] Çeken, B. H.,“Biyogaz üretim sistemi tasarımı ve uygulaması” A.K.Ü Fen Bilim-

ler Ens. Yüksek Lisans Tezi Haziran 1997.

[33] Wang,J.A.,“Overseas market manager” Shenzhen Puxin Science& Technology

Co. Ltd, Shenzhen, P. R. China, 2004.

[34] Schulz, H.:“Biogas-Praxis. Grundlagen planung anlagenbau beispiele

ökobuchverlag staufen bei freiburg”.1996.

[35] Boyd,R.:“Internalising Environmental Benefits of Anaerobic Digestion of Pig

Slurry in Norfolk” University of East Anglia, 2000.

[36] Williams,D.,J.:“Anaerobik kinetic study of swine sullry”Master of Environmental

Sicence The University of Oklahoma, Norman, 2004.

[37] Rise,A.;“Review of Current Status of Anaerobic Digestion Technology for

Treatment of Municipal Solid Waste” Institute of Science and Technology

Research and Development Chiang Mai University, November, 1998.

[38] Photo courtesy of University of Florida,Agricultural and Biological Engineering

Department 2002.

[39] Alexander, M. “Introduction to Soil Microbiology”.John Wiley & Sons, Inc. pp

227-231. 1961.

[40] Lagrange,B.“Biomethane2: Principles - Techniques Utilization”.EDISUD, La

Calade, 13100 Aix-en- Provence, France. 1979.

116

[41] Özmerzi,A.:“Gıda atıklarından biyogaz (Metan) üretimi” Tarımsal Mekanizasyon

15. Ulusal Kongresi, Akdeniz Üniversitesi Ziraat Fakültesi Tarım Makineleri Bö-

lümü ANTALYA 20-22 Eylül 1994.

[42] Devkoda,G.,P.,“Biogas Installation and Training” Organized by METTA

Development Foundation,BSEP,GLT. Kathmandu.NEPAL.November 2003.

[43] “Information and Advisory Service on Appropriate Technology, Biogas Digest”,

Biogas Basic, Volume I , 2002.

[44] Samsunlu, Ahmet.:“Çevre Mühendisliği Kimyası” İstanbul Teknik Üniversitesi

Çevre Mühendisliği Bölümü,Sam-Çevre Teknolojileri Merkezi yayınları, İstanbul,

1999.

[45] Yılmaz,G.; Cengiz ve M. Ali Bilginoğlu. 1988. “Çevre Sorunları ve Ekonomi (I-

II)”, Verimlilik Dergisi, sayı 3-4, Mart-, Milli Produktivite Merkez Yayınları,

Ankara, Nisan 1988.

[46] Brummeler, E.T.; Hulshoff, W.L.; Dolfing, j.; Lettinga, G.; Zehender,

.J.B.:“Methanogenesis in an Upflow Anaerobik Sludge Blanket Reactor at pH 6

on an Acetate-Propionate Mixture” Applied and Environmental Microbiyology,

Vol:49, No:6, 1985.

[47] Taşcı, A.:“Copten Hammaddeye”, Bilim ve Teknik Dergisi (BTD), sayı 253,

TÜBITAK Yayınları, Ankara, 1988.

[48] “Documents, Tools and Resources” AgSTAR Handbook and Software Handbook

Table of Contents”, U.S.Environmental Protection Agency, 2002.

[49] “Managing Manure with Biogas Recovery Systems Improved Performance at

Competitive Costs United States”,Environmental Protection Agency, Winter 2002.

[50] Erdin, E.:“ Kırsal Alanlarda Oluşan Organik Atıklar ve Bunlardan Biyogaz Üreti-

mi” Enerji ve Çevre Sempozyumu Mersin üniversitesi, 13-15 Nisan 1994.

[51] Graves,R.E.:“Anaerobic Digestion: Biogas Production and Odor Reduction from

Manure” College of Agricultural Sciences, Agricultural and Biological

Engineering,2001.

[52] The Danish Agricultural Advisory centre, “Centralised Biogas plants, a

contribution to sustainable agriculture”, January 2000.

[53] Türker, M.;“Biyolojik Proseslerin kinetiği ve modellenmesi” Su Vakfı Yayınları,

Kocaeli, 2005.

[54] Dennis,A.,Burke,P.,E.;“Dairy Waste Anaerobic Digestion Handbook”

Environmental Energy Company, june, 2001.

117

[55] Birkomse,T.:“Biogas production - agriculture, environment and energy” The

Danish Agricultural Advisory Centre,2003.

[56] Holm,J.B.N.;“Center of biotechonology and bioenergy” Bioenergy

department,SDU, A.Alborge University, 2000.

[57] Mandal, T.; Mandal, N.K.: “Comperative study of biogas production from different

waste materials”, Energy Conversion and Managment, vol.38, pp. 679-683, 1997.

[58] Zuru,A.A.;Dangoggo,S.M.;Birnin–Yauri,U.A.;Tambuwal,A.D.:“Adoption of

thermogravimetric kinetic models for kinetic analysis of biogas production”,

Renewable Eenegy , 29, pp. 97-107, 2004.

[59] Lalov,I.G.;Krysteva,M.A.; Phelouzat,J.L.:“Improvement of Biogas production

from vinasse via covalently immobilized methanogens”, Bioresource

Technology,79, pp.83-85,2001.

[60] Bouallagui, H.;BenCheikh,R.;Marouani,L.;Hamdi,M.:“Mesophilic biogas

production from fruit and vegetable waste in a tubular digester”,Bioresource

Technology, 86,pp.85-89, 2003.

[61]Bouallagui,H.;Haouari,O.;Touhami,Y.;BenCheikh,R.;Marouani,L.;Hamdi,M.:“Effe

ct of temperature on the performance of an anaerobic tubular reactor treating fruit

and vegetable waste”,Process Biochemistry, 39,pp.2143-2148,2004.

[62] Lallia,A.;Mura,G.; Onnis,N.:“The effect of certain antibiotics on biogas production

in the anaerobic digestion of pig waste slurry”, Bioresource

Technology,82,pp.205-208, 2002.

[63]Hansen,T.L.;Schmidt,E.J.;Angelidaki,I.;Marca,E.;Janse,J.C.;Mosbak,H.;Christense

n,T.H.:“Method for determination of methane potentials of solid organic

waste”,Waste Management, 24, pp.393–400, 2004.

[64] XuanAn,B.; Preston,T.R.:“Gas production from pig manure fed at different loading

rates to polyethylene tubular biodigesters”,Livestock Research for Rural

Developement Volum11,Number1,1999.

[65] Pound,B.;Done,F.;Preston,T.R.:“Biogas production from mixtures of cattle slurry

and pressed sugar cane stalk ,with and without urea.”,CEDIPCA, CEAGANA,

Aptd 1256 Santo Domingo, Dominican Republic, Trop. Anim. Prod.pp.1-6 1981.

[66] Goel,B.;Pant,D.C.;Kishore,V.V.N.:“Two-Phase anaerobic digestion of spent tea

leaves for biogas and manure generation” Bioresource Technology 80, pp.153–

156, 2001.

118

[67] Shalina,S.;Kumar,S.;Jain,M.C.;Kumar,D.:“Increased biogas production using

microbial stimulants” Bioresource Technology 78, pp.313–316,2001.

[68] Kannan,N.;Guruswamy,T.;Kumar,V.:“Design, Development and Evaluation of

Biogas Plant using Donkey-dung and Selected Biomaterials as Feedstock”,

College of Agricultural Engineering, Raichur.IE (I) Journal.AG, Vol: 84, June,

2003.

[69] Tekin,A.R.;Dalgıç,A.C.:“Biogas production from olive pomace”

,Resources,Conservation and Recycling 30, pp.301-303,2000.

[70] Çeken,H.B.:“Biyogaz üretim sistemi tasarımı ve uygulaması”, Afyon Kocatepe

Üniversitesi, Fen Bilimler Enstitüsü, Makine Eğitimi Yüksek Lisans Tezi ,1997.

[71] Güngör,G.;Göksel,N.;Demirer,A.B.:“Et tavuğu ve büyükbaş hayvan gübresinden

biyogaz üretim potansiyeli”, ODTÜ, Çevre Mühendisliği Bölümü, Ankara, 1998.

[72] Yılmaz,A.H.;Atalay,F.S.:“Çeşitli organik atıkların anaerobik fermantasyonu ve

modelleme çalışmaları”,5.Ulusal Temiz Enerji Sempozyumu, 26-28 Mayıs Anka-

ra, 2004.

[73] Thy,S.;Preston,T.R.;Ly,J.:“Effect of retention time on gas production and fertilizer

value of biodigester effluent”,University of Tropical Agriculture Foundation

Chamcar Daung, Cambodia, 2003.

[74] Buğutekin, A.:“ Yöresel Kaynaklarla Biyogaz Üretimi için Deneysel Çalış-

ma”,Binark, A.K.; yönetiminde, Y.Lisans Tezi, M.Ü.F.B.E., İstanbul, 2003.

[75] Buğutekin, A., Binark, A.K., “Biyogaz Üretiminde Alternatifler” 3.Uluslararası

İleri Teknolojiler Sempozyumu bildiri kitabı, Gazi Ü.,Ankara, Cilt 4,Sh.146-157,

18-20 Ağustos ,2003.

[76] Ceyhan,M.;“A study on biogas production from agricultural product and pıstachio

nut peels”,Uskaner,Y.A.; Yönetiminde Lisans Tezi Trakya Üniversitesi Makine

Mühendisliği Edirne 1995.

[77] Al-Masri,M.R.:“Changes in biogas production due to different ratios of some

animal and agricultural wastes”,Bioresource Technology 77, pp.97-100, 2001.

[78] Khalil,Maki,E.:“Seasonal Variation and Production of Biogas from Three Types of

Animal Dung”,Academic Research Library,Ahfad Journal, Vol:20,No:2, pp.18-

25,December, 2003.

[79] Ghanem,I.I.I;Guowei,Gu;Jinfu,Z.:“Leachate production and disposal of kitchen

food solid waste by dry fermentation for biogas generation”,Renevable

Energy,23,pp:673-684,2001.

119

[80] Bazias, F.A.;Sidiras,D.K.;Spyrou,E.K.:“Evaluating livestock manures for biogas

production:a GIS based method”, Renevable Energy,30,pp:1161-1176,2005.

[81] Desutter,T.M.;Ham,M.J.:“Lagoon-Biogas Emissions and Carbon Balance

Estimates of a Swine Production Facility”, Journal of Environmental Quality,34,

pg :198 ,Jan/Feb, 2005.

[82] Khang,N.D.;Tuan,L.M.;Preston,T.R.:“The effect of fibre level in feedstock,

loading rate and retention time on the rate of biogas production in plug-flow and

liquid displacement biodigesters”, Proceedings Biodigester Workshop, March,

2002.

[83] Müller ,T.G. ; Noykova, N.; Gyllenberg , M.; Timmer, J.:“Parameter identification

in dynamical models of anaerobic waste water treatment”,Mathematical

Biosciences 177&178. pp. 147–160, 2002.

[84] Varel,V.H.; Hashimoto,A.G.:“Methane Production by Fermentor Cultures

Acclimated to Waste from Cattle Fed Monensin, Lasalocid, Salinomycin, or

Avoparcin”,Applied and Environmental Microbiology, Vol. 44, No. 6, p 1415-

1420, Dec, 1982.

[85] Kearney,T.F.;Larkın,M.J.;Levett,P.N.:“Metabolic Activity of Pathogenic Bacteria

during Semicontinuous Anaerobic Digestion Applied”,Applied and Environmental

Microbiology, Vol. 60, No.10, p 3647-3652, Oct.1994.

[86] Brummeler Ten, E.;Hulshoff A.J.B.:“Methanogenesis in an Upflow Anaerobic

Sludge Blanket Reactor at pH 6 on an Acetate-Propionate Mixture”Applied and

Environmetal Microbiology,Vol. 49, No. 6,p. 1472-1477, June 1985.

[87] Demirekler, E.;Anderson,G.K.;“Evsel Katı Atıkların Anaerobik ortamda Ön Çö-

keltme çamuru ile Çürütülmesi”Turk J Engin Environ Sci,TÜBİTAK 24, pp.335-

341, 2000.

[88] Scheurer,E.:“Utersucgungen zum anaeroben Abbau von Hühnerflüssigmist

Dissertation”,Universitaet Hohenheim, 1986.

[89] Hammad, M.;Badarneh, D.;Tahboub, K.:“Evaluating variable organic waste to

produce methane” Energy Conversion and Management, vol. 40, pp.1463-1475,

1999.

[90] Alvarez, R.; Saul, V.; Lide, L.:“Biogas production from llama and cow manure at

high altitude” Biomass and Bioenergy, vol.30, pp. 66–75,2006.

120

[91] Intrachandra, N.;Tongta, S.; Meeyoo, V.:“Biogas Production from Co-digestion of

Animal Wastes” Department of Chemical Engineering Mahanakorn University of

Technology, Nongchok, Bangkok, Thailand, 2000.

[92] Tıwari, G.n.; Umsan, J.A.;Chandra, A.:“Determination of period for biogas

production” Energy Conversion and Management, vol.37, No.2,pp.199-203, 1996.

[93] Al-Masri, M.R.:“Changes in biogas production due to different ratios of some

animal and agricultural wastes” Bioresource Technology ,vol.77 ,pp.97-100, 2001.

[94] Gebauer, R.:“Mesophilic anaerobic treatment of sludge from saline fish farm

effluents with biogas production” Bioresource Technology ,vol.93 ,pp.155-167,

2004.

[95] Klasson, K.T.; Nghiem, N.P.; Appolon, N.:“Energy Production From Zoo Animal

Wastes”Oak Ridge National Laboratory is managed by UTBattelle, LLC, for the

U.S. Department of Energy,February, 2003.

[96] Biswas, J.; Chowdhury, R.; Bhattacharya,P.:“Kinetic studies of biogas generation

using municipal waste as feed stock” Enzyme and Microbial Technology, vol.38,

pp. 493–503, 2006.

[97] Kim, J.K.;Oh, B.R.;Chun, Y.N.; Kim, S.W.:“Effect of Temperature and Hydraulic

Retention Time on Anaerobic Digestion of Food Waste” Journal of Bioscience

and Bioengneering, v.102, No.4, pp. 328-332, 2006.

[98] Sadaka, S.; Engler, C.R.;“Effect of Initial Total Solids on Compostion of Raw

Manure with Biogas Recovery” Compost Science and Utilization, No:4, Vol:11,

pp.361-369, 2003.

[99] Demirer,G.N.; Chen,S.:“Anaerobic biogasification of undiluted dairy manure in

leaching bed reactors” Waste Management, 2007.

[100] Clemens, J.; Trimborn,M.; Weiland, P.; Amon, B.:“Mitigation of greenhouse gas

emissions by anaerobic digestion of cattle slurry” Agriculture, Ecosystems and

Environment, V.112, pp.171–177, 2006.

[101] Vartak, D.R.;Engler, C.R.; McFarland, M.J.; Ricke, S.C.:“Attached-film media

performance of in pshchrophilic anaerobic treatment of dairy cattle wastewater”

Bioresource Technology, v. 62 , pp.79-84, 1997.

[102] Mandal,T.;Kiran Babu,A.;Mandal,N.K.:“Determination of the quality of biogas

by flame temperature measurement”,Energy Conversion & Management, 40 ,

pp1225-1228, 1999.

121

[103] Shaga, H.; Shında,K.; Hagıwara,K.; Tsutsumi,A.; Sakurai,M.; Yoshida, K.; Bilge,

E.:“Large-scale hydrogen pruduction from biogas”, Int.J. Hydrogen Energy,

Vol:23, No:8, pp. 634-640, 1998.

[104] Sahalstörm,L.:“A review of survival of pathogenic bacteria in organic waste used

in biogas plants”, Bioresource Technology, 87,pp.161-166,2003.

[105] Mcgath,R.j.;Mason,I.G.:“An Observational Method for the Assessment of Biogas

Production from an AnaerobicWaste Stabilisation Pond treating Farm Dairy

Wastewater”,Biosystems Engineering 87 (4), pp.471–478, 2004.

[106] Alkhamis,T.M;El-Khazalı,R.;Kabalan,M.M.;Alhusein,A.:“Heating of a biogas a

solar energy system with temperature control unit”, Solar Energy Vol. 69, No: 3,

pp. 239–247, 2000.

[107] Zupancic,G.D.;Ros,M.:“Heat and energy requirements in thermophilic anaerobic

sludge digestion”, Renewable Energy 28, pp.2255–2267,2003.

[108] Moser,M.A.;Mattocks,R.P.;Gettier,S.;Roos,K.:“Keeping the Neighbors Happy -

Reducing Odor while Making Biogas”, Animal Production Systems and the

Environment, Ames, IA, July 19-22, 1998.

[109] Buğutekin, A., Binark, A.K., “Dünyada ve Ülkemizde Biyogaz Çalışmaları” IV.

Ulusal Temiz Enerji Sempozyumu Bildiri kitabı ,İstanbul, Sh 593-600, 26-28

Mayıs 2004.

[110] Sözer,S.; Yaldız,O.:“Bazı bitkisel atıkların biyogaz teknolojisi ile değerlendiril-

mesi” 5.Ulasal Temiz Enerji Sempozyumu, 26-28 Mayıs Ankara, 2004.

[111] Sözer,S.;Yaldız,O.:“Ülkemizde hayvansal atıkların biyogaz teknolojisi ile değer-

lendirilmesi” 4.Ulasal Temiz Enerji Sempozyumu, 16-18 Ekim,2002.

[112] Buğutekin, A., Binark, A.K., “Models for Kinetic Analysis of Biogas production”

8.Uluslar Arası Yanma sempozyumu 2004 8-9 Eylül Ankara 2004.

[113] J.D.;McKeogh,E.;Kiely,G.:“Technical/economic/environmental analysis of biogas

utilisation”,Applied Energy,77.pp:407-427,2004.

[114] Heber,A.J.;Lim, T.T.;Ni, J.Q.:“Odor and Gas Emissions from Anaerobic

Treatment of Swine Waste”, Midwest Express Center Milwaukee, Wisconsin

July 9-12, 2000.

[115] Zachariah,E.J.;Muralidharan,V.:“Bigas recovery from coconut husk

retting”,Pacific and Asian Journal of Energy, 12,(2).pp:181-185, Dec. 2002.

122

[116] Sterling,M.C.; Lacey, R.E.; Engler, C.R.; Ricke,S.C.:“Effects of ammonia

nitrogen on H2 and CH4 production during anaerobic digestion of dairy cattle

manure” Bioresource Technology, v. 77, pp 9-18, 2001.

[117] Chan,G.Y.S.; Chu,L.B.; Wong,M.H.:“Effects of leachate recirculation on biogas

production from andfill co-disposal of municipal solid waste, sewage sludge and

marine sediment”, Environmental pollution, 118, pp.393-399,2002.

[118]Lastela,G.;Testa,C.;Cornacchia,G.;Notornicola,M.;Voltasio,F.;Sharma,V.K.:“Ana

erobic digestion of semi-solid organic waste: biogas production and its

purification”,Energy Conversion and Management 43, pp. 63-75,2002.

[119] Karim,K.;Thomas,Klasson,K.;Hoffmann,R.;Drescher,S.R.;Depaoli,W.D.;Al-

Dahhan,M. H.:“Anaerobic digestion of animal waste: Effect of mixing”,

Bioresource Technology, vol:96,pp. 1607-1612, 2005.

[120] Onat, S.;Topaloğlu,B.:“Bir biyogaz üretim sistem modeli” 5.Ulasal Temiz Enerji

Sempozyumu, 26-28 Mayıs Ankara, 2004.

[121] Karim, K.; Hoffman, R.; Klasson, K.T.; Al-Dahhan, M.H.:“Anaerobik digestion

of animal waste :Effect of Modde of Mixing” Water Research, vol:36, pp:3597-

3606,2005.

[122] Andara, A.R.; Esteban, J.M.l.:“Kinetik study of anaerobik digestion of the solid

fraction of piggery slurries” Biomass-Bioenergy, vol:17, pp:435-443, 1999.

[123] Ong, H.K.; Greenfeld, P.F.; Pullammanappallil, P.C.:“An operational strategy for

improved biomethanation of cattle-manure slurry in an unmixed, single-stage,

digester” Bioresource Technology, vol: 73 ,pp. 87-89, 2000.

[124] Karim, K.; Hoffman, R.; Klasson, K.T.; Al-Dahhan, M.H.:“Anaerobik digestion

of animal waste :Waste strength versus impact of Mixing” Bioresource

Technology, vol: 96 ,pp. 1771-1781, 2005.

[125] Borole,A.P.; Klason, K.T.; Rıdenour, W.;Holland, J.;Karim,K.;Al-Dahhan,

M.H.:“Methane Production in a 100-L Upflow Bioreactor by Anaerobic

Digestion of Farm Waste” Applied Biochemistry and Biotechnology Vol. 129–

132, 2006.

[126] Keshtkar, A.; Meyssami, B.; Abolhamd,G.; Ghaforian, H.; Khalagi,

A.M.:“Mathematical modeling of non-ideal mixing continuous flow reactors for

anaerobic digestion of cattle manure” Bioresource Technology ,vol.87 ,pp.113–

124, 2003.

123

[127] Vavilin,V.A;Angelidaki,I.:“Anaerobic Degradation of Solid Material:Importance

of Initiation Centers for Methanogenesis, Mixing Intensity,and 2D Distributed

Model” Published online 11 November , in Wiley InterScience,2004.

[128] Janzekovic, M.; Mursec, B.; Cusb, F.; Ploj, T.; Janzekovic, I.; Zuperl, U.:“Use of

machines for liquid manure aerating and mixing” Journal of Materials Processing

Technology, 162–163, pp.744–750, 2005.

[129] Chen, Y.R.; Hashimoto, A.G.“İmpeller mixing of livestock manure

slurries”American Society of Agricultural Engineers, pp.34, 1979.

[130] Sadaka, S.; Engler, C.R.;“Effects of mixing on anaerobic composting of beef

manure” American Society of Agricultural Engineers, V.2, pp.4993-5001, 2000.

[131] Patni, N.K.; Clarke, S.P.;“Transient hazardous conditions in animal building due

to manure gas released during slurry mixing” Applied Engineering in Agriculture,

v.7 pp.478-484,1991.

[132] Sievers, D.M.;“Rapid mixing influences on chemical coagulation of manures”

Biological Wastes, v.28,pp.103-114, 1989.

[133] Kalia, Anjan K.; Singh, Shiv P.;“Effect of mixing digested slurry on the rate of

biogas production from dairy manure in batch fermenter” Energy Sources, v. 23,

pp. 711-715, October 2001.

[134] Amon, T.; Amon ,B.; Kryvoruchko, V.; Zollitsch, W.; Mayer, M.; Gruber, L.:“

Biogas production from maize and dairy cattle manure—Influence of biomass

composition on the methane yield” Agriculture, Ecosystems and Environment,

V.118, pp.173–182, 2007.

[135] Keshtkar, A.; Meyssami, B.; Abolhamd, G.; Ghaforian, H.:“Mathematical

modeling of non-ideal mixing continuous flow reactors for anaerobic digestion of

cattle manure” Bioresource Technology, vol:87 , pp. 113–124, 2003.

[136] Öncel, Suphi; İkizoğlu, Erdinç; Öngen, Gaye; Vardar Sukan, Fazilet E. Ü. Mü-

hendislik Fakültesi, Biyomühendislik Bölümü, Bornova – İzmir,2000.

[137] “Standart methods for the exemination of water and wastewater”, 20th Edition

2003.

[138] Garcia S.,G.:“Farm scale anaerobik digestion integrated in an organic farming

sistem”Institutet För Jordbruks-och miljöteknik, 2005.

[139] Krieg, A.:“Verfahrenstechniken zum Bau von Biogasanlagen ohne Gülle

Bisherige Erfahrungen”Hannah-Vogt-Strasse 1, Göttingen, 21. Februar 2006.

124

[140] Edward L., P.,Victor A., A.,Suzanne M. K.:“Handbook of Industrial mixing,

Sponsored by the North American Mixing Forum”, December, 2003.

[141] Sahu, A.K., Kumar, P., Patwardhan, A.W., Joshi, J.B., “CFD modeling and

mixing in stirred tanks”, Chem.Engng Sci., 54, pp. 2285-2293, 1999.

[142] Yapıcı K.,“Numerical investigation of stirred tank hydrodynamic” In partial

fulfillment of the requirements for the degree of master of science in the

department of chemical engineering, The Middel East

TechnicalUniversity.september, 2003.

[143] Davidson M.,K.;Sushil S.;Eggleton C.,D.;Marrten M.,R.:“Using Computational

Fluid Dynamics Software to Estimate Circulation Time Distributions in

Bioreactors”Biotechnol. Prog. Vol.19, pp.1480-1486, 2003.

[144] Campolo M.;Sbrizzai F.;Soldati A.:“Time-dependent Low structures and

Lagrangian mixing in Rushton-impeller baffled-tank reactor” Chemical

Engineering Science, v.58, pp.1615-1629, 2003.

[145] Hitomi D.;Kato Y.;Kubo T.;Okuzaki S.;Sugihama H.:“ Finite Elment Analysis of

a Flow Induced by a Rushton in an Baffled Stirred Vessel” Journal of Chemical

Engineering of japan, vol.39, No.3, pp.275-283, 2006.

[146] Schafer M.; Karasözen B.; Uludağ Y.;Yapıcı K.; Uğur Ö.;“Numerical method

for optimizing stirrer configurations” Computers and Chemical Engineering,

v.30 pp.183–190, 2005.

[147] Shuler, Kargi.:“Selection scale-up operation and control of bioractors” ChE

3BK3, Chapter 10, october,20, 2004.

[148] Ebadian, M.A.;“Improved Mixing and Sampling Systems for Vitrification Melter

Feeds” U.S. Department of Energy Office of Fossil Energy Federal Energy

Technology Center, 1998.

[149] Böhm, M.; Wechsler, K.; Schafer, M.:“A Parallel Moving grid Multigirid Method

for Flow Simulation in Rotor-Stator Configuration” Int. J. Numer. Meth. Engng.

42, 175-189, 1998.

[150] Walter B. & Gatellier B. (2002).“Development of the High Power NADITM

Concept Using Dual Mode Diesel Combustion to Achieve Zero NOx and

Particulate Emissions”, SAE Tech. Paper, 01-1744. 2002.

[151] “State and terrıtorıal air pollution program administrators & Assocıatıon of local

air pollutıon control offıcıals”,February 2006.

[152] STAR-CD User Manuels and USER GUIDE STAR-CCM+ Version 2.06.008

125

[153] Kongoli, C.;E.; Bland, W.;L.:“Influence of Manure Application on Surface

Energy and Snow Cover” Journal of Environmental Quality, vol:31, pp:1166-

1173, 2002.

[154] Axaopoulos, P., Panagakis, P., Tsavdaris, A., Georgakakis, D.:“Agricultural

University of Athens, Agricultural Engineering Department, Laboratory of Farm

Structures”, Greece Available online 9 January 2001

[155] Hamed, M.M.; Wilko, K.P.L.; Grietje, Z.; Gerard, P.A.B.:“Rheological

properties of dairy cattle manure” Bioresource Technology, 96, pp. 531–535, 22

June 2004.

[156] El-Mashad , H.M.; Wilko K.P.L.;Zeeman, G.; Bot, G.P.A.:“Rheological

properties of dairy cattle manure” Bioresource Technology, v.96, pp.531–

535,2005.

[157] Richhards, K.M.:“Anaerobik Digestion : A Credible source of energy” Energy

From Biomass, volume:4, 1984.

[158] Keener, H.M.:“Evaluation of Manure Flow-ability” Department Food,

Agricultural and Biological Engineering ,OSU/OARDC , 9/2, 2005.

[159] Gregersen, K.H.:“Sustainable Handling and Utilisation of Manure and Organic

Waste Resources” Danish Institute of Agricultural and Fisheries Economics,

2001.

[160] Öztürk, İ.:“Anaerobik Biyoteknoloji ve Atık Arıtmadaki Uygulamalar” İ.T.Ü İn-

şaat Fakültesi Çevre Mühendisliği Bölümü, Ağostus, 1999.

126

EKLER

EK A: Termometre Kalibrasyon Sertifikası

EK B: Manometre Kalibrasyon Sertifikası

EK C: pH Kalibrasyon Sertifikası

EK D: Dijital Termostat Sertifikası

EK E: Deneylerdeki günlük biyogaz, pH ve % metan oranının sayısal değerleri

127

EK A: Termometre Kalibrasyon Sertifikası

128

EK B: Manometre Kalibrasyon Sertifikası

129

EK C: pH Kalibrasyon Sertifikası

130

EK D: Dijital Termostat Sertifikası

131

EK E: Deneylerdeki günlük biyogaz, pH ve % metan oranının sayısal değerleri

Sıcaklık ( 0C ) pH

PVC Borunun Yüksekli-

ği ( mm)

Biyogaz Üretim Miktarı ( Lt )

% CH4

GÜN F1 F2 F3 F1 F2 F3 F1 F2 F3 F1 F2 F3 F1 F2 F3 1 35,5 35,8 35,4 6,4 6,1 6,2 35 0 0 0,3 0 0 5 0 0 2 35,7 35,8 35,6 6,5 6 6,3 35 0 0 0,3 0 0 10 0 0 3 35,6 35,5 35,9 6,8 6,3 6,5 185 0 0 1,6 0 0 20 0 0 4 35,8 36,1 36 6,4 6,6 6,4 116 12 0 1 0,1 0 16 5 0 5 36,1 36,1 36,2 7,1 6,5 6,4 277 35 23 2,4 0,3 0,2 23 10 7 6 35,8 35,7 35,7 6,7 6,6 6,5 116 23 12 1 0,2 0,1 20 15 10 7 35,8 35,8 35,4 6,6 6,7 6,7 92 35 23 0,8 0,3 0,3 14 17 14 8 35,5 35,4 35,9 6,8 6,6 7,2 185 35 196 1,6 0,3 1,7 23 20 25 9 35,9 35,7 35,8 7,2 7,2 6,8 300 220 58 2,6 1,9 0,5 29 30 19 10 35,6 35,8 35,8 6,9 6,7 7 266 69 150 2,3 0,6 1,3 28 22 25 11 35,8 36 35,9 6,9 6,9 7,1 277 81 173 2,4 0,7 1,5 29 25 28 12 36,2 36,4 36 7 7,3 6,7 300 243 23 2,6 2,1 0,2 33 33 14 13 36,3 36,5 36,1 6,8 6,7 7 231 116 208 2,4 1 1,8 35 28 32 14 36 36 36,2 7 6,8 7,3 300 150 404 2,6 1,3 3,5 30 30 46 15 36,1 36 36,4 6,6 6,6 6,9 285 46 243 2,5 0,4 2,1 34 14 40 16 35,7 36 35,8 6,7 6,8 7,1 266 231 358 2,3 2 3,1 39 38 44 17 35,4 35,2 35,2 6,6 6,8 7 150 300 324 1,3 2,6 2,8 30 38 39 18 35,6 35,3 35,4 7 7,4 7,2 266 335 335 2,3 2,9 2,9 39 48 39 19 35,8 35,4 35,6 6,8 6,8 7 208 289 300 1,8 2,5 2,6 37 43 48 20 35,9 35,7 35,7 7,1 6,6 6,9 266 104 404 2,3 0,9 3,5 38 34 54 21 35,6 35,8 35,9 7,4 6,9 7,1 300 289 393 2,6 2,5 3,4 39 45 59 22 35,8 36,1 36 7,3 7 7 243 347 439 2,1 3 3,8 40 49 62 23 36,1 36,4 36 7,3 7,1 7 244 335 462 2,1 2,9 4 42 53 66 24 36 36,1 36,1 7,4 6,8 7,2 220 277 439 1,9 2,4 3,8 43 51 68 25 35,7 35,5 36,2 7,4 7,1 7 266 370 485 2,3 3,2 4,2 40 59 64 26 35,8 36,1 36 7,4 7 7,1 243 393 451 2,1 3,4 3,9 44 54 64 27 35,9 36,1 36,1 7 6,9 6,8 266 416 404 2,3 3,6 3,5 48 53 51 28 35,5 35,9 35,8 7,3 6,9 7 266 462 462 2,3 4 4 45 56 67 29 35,8 36 36,1 6,8 7 7,3 185 451 451 1,6 3,9 3,9 32 59 63 30 35,5 35,7 35,8 7 6,9 6,9 243 462 347 2,1 4 3 43 60 52 31 35,7 35,9 35,9 6,9 6,7 6,9 254 393 439 2,2 3,4 3,8 35 54 59 32 35,6 35,6 35,4 7 6,9 7,2 266 439 428 2,3 3,8 3,7 39 62 64 33 35,8 35,4 35,6 7,2 6,8 7 231 358 451 2 3,1 3,9 41 51 58 34 35,9 35,8 36,1 7 6,9 7,3 243 439 485 2,1 3,8 4,2 44 58 60

132

35 36 36,2 36,2 6,7 6,7 6,9 254 393 428 2,2 3,4 3,7 43 54 62 36 36 36,1 36,3 6,9 7,1 7 243 451 451 2,1 3,9 3,9 45 61 64 37 35,7 36 35,9 6,6 6,5 6,7 231 404 462 2 3,5 4 46 60 65 38 36,8 36,1 36,4 7,3 6,5 7,2 277 370 474 2,4 3,2 4,1 50 64 58 39 35,9 36 36 6,5 6,4 6,7 231 381 451 2 3,3 3,9 42 60 69 40 35,4 35,8 36 6,8 7,3 6,8 220 439 416 1,9 3,8 3,6 38 57 65 41 35,8 36 36 7,1 6,3 6,9 266 370 451 2,3 3,2 3,9 40 58 62 42 35,7 35,9 36,1 6,5 6,3 7,1 196 358 462 1,7 3,1 4 39 62 64 43 35,8 35,7 35,8 6,4 6,2 6,9 185 404 416 1,6 3,5 3,6 34 57 60 44 35,9 35,7 35,8 6,3 6,2 6,8 196 370 439 1,7 3,2 3,8 35 56 61 45 36,1 36,4 36,4 6,2 6,4 6,5 173 347 404 1,5 3 3,5 32 55 58 86,5 104,2 123,2

133

ÖZGEÇMİŞ 1975’ da Şirvan (Siirt)’de doğan Abdulcelil BUĞUTEKİN İlk ve orta öğrenimini

Van’da tamamladı. 1993 yılında devlet parasız yatılı olarak Hakkari End. Mes.Lisesinin

Tesisat Teknolojisi bölümünü bitirdi. Üç yılık iş deneyiminden sonra 1996 yılında

M.Ü.T.E.F. Makine Bölümünün Enerji Anabilim Dalını kazandı. 2000 yılında mezun

olarak aynı dönemde M.Ü.Fen Bilimleri Enstitüsü’nde Makine Eğitimi bölümünde

yüksek lisansa başladı. 2002 yılında M.Ü.F.B.E Araştırma görevlisi olarak göreve baş-

ladı.2003 yılında yüksek lisansı bitirdikten sonra aynı dönemde M.Ü.F.B.E Makine Eği-

timi bölümünde doktora programına başladı. Şu an doktorasının tez aşamasında olup

halen F.B.E. de Araştırma görevlisi olarak ve M.Ü Yapı işleri ve Teknik Daire Başkan-

lığında Kontrol olarak çalışmaktadır.Evli ve bir çocuk babasıdır.