KATI ATIK BERTARAFINDA BİYOLOJİK YÖNTEMLER. Biyogaz

KATI ATIK BERTARAFINDA BİYOLOJİK YÖNTEMLER

Biyogaz

Küresel Enerji İhtiyacı ve Biyokütle Enerjisi Potansiyeli



Biyokütle; yenilenebilir, ekonomik ve çevre dostu, elektrik üretiminde ve taşıtlar için yakıt eldesinde stratejik bir enerji kaynağıdır.



Biyogaz teknolojisi, organik maddelerin

(bitkisel ve hayvansal tüm doğal maddeler,

orman ve tarım atıkları, algler, kentsel ve

endüstriyel atıklar, vb.) oksijensiz ortamda

parçalanması sonucu yanıcı gazın elde edilmesi

ve etkin bir şekilde kullanılmasını içermektedir.

Biyogaz Nedir?

 Biyogaz, organik bazlı biyobozunur atık yada artıkların anaeorobik ortamda ayrışması sonucu açığa çıkan ve içeriğinde organik

maddelerin yapısından dolayı yaklaşık; % 40-70 metan, % 30- 60 karbondioksit, % 0-3 hidrojen sülfür bulunan bir gaz

karışımı olarak nitelendirilmektedir.

Biyogaz

Elektrik Üretimi

Evsel Katı Atıkların Organik Kısmından Elde Edilen Biyogazın Tipik Bileşimi

Bileşen Konsantrasyon (% Hacim Olarak)

Metan 55-60 (50-75)

Karbondioksit 35-40 (25-45)

Su 2 (20^oC)-7 (40 ^oC)

Hidrojen Sülfür 20-20000 ppm (%2)

Azot <2

Oksijen <2

Hidrojen <1

Biyogaz

 Farklı hayvan gübrelerinden üretilen biyogaz için metan

verimleri oranı Tablo 1.6’da

gösterilmektedir.

Biyogaz

 Biyogaz prosesi sırasında gaz elde edinilirken aynı zamanda fermantasyona uğrayan gübre toprak için daha verimli hale gelmektedir.

 Normal şartlarda yaklaşık 1 yıl sonra toprakta, biyogaz fermantasyonu sonucu bu süre 15 ile 20 güne kadar indirilebilmektedir.

 Bekleme süresinin kısalması gübrenin bekletilmesi esnasında meydana gelebilecek bitki besin değerlerinin kayıplarını da önlemektedir.

 Biyogaz teknolojisi ile elde edilen gaz, hem biyobozunur atıklardan enerji elde edilmesine hem de atıkların toprağa kazandırılmasında büyük rol oynamaktadır.

Biyogaz-hammadde

 Biyogaz üretiminde, kullanılan organik

atıklar genel olarak hayvansal ve bitkisel atıklar, şehir ve endüstriyel atıklarıdır.

 Bu atıklar arasında;



hayvan dışkıları, mezbahane atıkları, saman, mısır silajları, çimen atıkları, sanayi ve gıda sanayi atıkları, kanalizasyon dip çamuru

biyogaz üretiminde hammadde olarak

kullanılabilmektedir.

Biyogaz Oluşumu

 Biyogaz oluşumu aşamasında sırasıyla üç evre gerçekleşmektedir.

Bunlar hidroliz, asit ve metan oluşumu evreleridir.

 İlk aşama olan hidroliz, atığın mikroorganizmalar vasıtasıyla çözünür hâle dönüştürülmesi evresidir. Bu aşamada atık madde alt yapı taşlarına dönüşür. Örneğin; polisakkaritler

monosakkaritlere dönüşmektedir.

 İkinci aşamada ise asit oluşturucu bakteriler alt yapı bileşenlerine ayrılan maddeleri asetik asit gibi daha küçük yapılı maddelere

dönüştürmektedir.

 En son evrede ise küçük yapıdaki maddeleri metan oluşturucu

bakteriler, biyogaza dönüştürmektedir. Biyogaz oluşumu sırasında mikrobiyolojik sürecin etkilenmemesi için her türlü koşul göz

önünde bulundurulmalı ve gerekli önlemler alınmalıdır.

Biyogaz-ısı eşdeğeri

Reaksiyon sonucu ortaya çıkan 1 m3

biyogaz, 5.500-6.000 kcal enerjiye sahiptir.

Biyogazın 1 m3 hacimde sahip olduğu ısı eş

değerleri ve diğer

yakıtlarla karşılaştırması Şekil 1.9 ve Şekil 1.10’

da gösterilmiştir.

Biyogazın kullanım alanları



Günlük ihtiyaçlar



Sıcak su üretimi



Buhar üretimi



Elektrik üretimi



Metanol üretimi



Araçlarda yakıt olarak kullanımı

Biyogazın kullanım alanları



Biyogazın direkt yakılması ile birlikte ısınma şeklinde kullanılabileceği gibi ısıtma olarak da yararlanılır.



Elektrik elde etmek suretiyle türbin yakıtı olarak kullanılır.



Doğalgaza katılarak maliyetlerin düşürülmesini sağlamak için kullanılır.



Yakıt pillerinde kullanılır.



Ulaşımda kullanılmak üzere motor yakıtı olarak kullanılır.



Buhar, kimyasal üretimi gibi faaliyetlerde de

kullanılabilir.

Biyogazın kullanım alanları



Isıtmada Kullanımı



Biyogaz tesisindeki fermenterlerde gerçekleşen proses sonucunda ortaya çıkan gaz içerisinde bulunan metan gazı yanabilir özelliğe sahiptir. Hava ile teması söz

konusu olduğunda yanma gerçekleşebilir. Biyogaz ısıtma amaçlı gaz ile çalışan fırınlarda yada ocaklarda

kullanılabilmektedir. Banyo şofbenlerinde de

kullanılabildiği bilinmektedir.

Biyogazın kullanım alanları

 Enerji Amaçlı Kullanımı



Biyogaz teknolojisinde fermantasyon sonucu meydana gelen gaz, motorlar vasıtasıyla elektriğe çevrilebildiği gibi doğrudan yakılarak da enerjiye çevrilimi söz

konusudur. Sıvılaştırılmış petrol gazı yardımı

ile çalışan lambalarda biyogazın doğrudan

kullanımı mümkündür.

Biyogazın kullanım alanları

 Motorlarda Kullanımı



Biyogaz, katkı maddesi kullanılmadan doğrudan benzin ile çalışan motorlarda

kullanılabilmektedir. Eğer istenir ise içeriğinde bulunan CH

gazı saflaştırılarak da

kullanılabilmektedir. Dizel motorlarda

kullanılmak isteniyor ise belirli bir oranlarda (yaklaşık olarak % 18-20) motorin ile

karıştırılarak kullanılması gerekmektedir

Biyogazın kullanım alanları

 Yan Ürün Kullanım İmkanları



Biyogaz prosesi sonucu ortaya sıvı ve katı formda fermente organik gübre

çıkmaktadır. Proses sonucunda elde edilen gübre tarımda doğrudan

kullanılabilmektedir. Toprağın verimini arttırıcı özelliğe sahiptir. Organik gübrenin en büyük avantajı içeriğinde patojen

mikroorganizmaların yok denecek kadar az olmasıdır. Bu nedenle kullanılacak olan

organik gübrenin tarımda yada herhangi bir alanda yaklaşık olarak %10 daha verimli

olmasını sağlanmaktadır.

Biyogaz/Biyometanizasyon Tesisleri



Biyogaz/biyometanizasyon tesisleri



atık kabul deposu,



fermantörler,



kojenerasyon sistemi



gübre deposu



karıştırıcılar,



ısı transfer elemanları,



borular,



vanalar,



gösterge panelleri



flare (biyogaz yakma bacaları)

Hayvansal atık kullanarak üretilen örnek biyogaz üretim prosesinde ahırdan alınan hayvansal organik atıklar belirli bir alanda toplanarak ihtiyaca göre sıvı materyal (yada su) ile karıştırılarak organik maddenin doldurulduğu yer olan fermantöre gönderilir. Hava almayacak şekilde tasarlanmış olan fermantörde bulunan karıştırıcıların yardımıyla oluşan gaz kullanılmak üzere kojenerasyon ünitesine gönderilir.

Biyogaz/Biyometanizasyon Tesisleri

 Çalışma sıcaklığına göre biyogaz/biyometanizasyon tesisleri sakrofilik, mezofilik ve termofilik olarak üç aşamada sınıflandırılmaktadır.

 Sakrofilik şartlarda gerçekleşen fermantasyon prosesinin bekleme süresi daha uzun olduğu için ekonomik kabul edilmemektedir.

 Mezofilik şartlarda sıcaklık daha yüksek olduğundan bekleme süresi daha kısadır ve daha fazla verim alınmaktadır. En yaygın kullanılan sistemdir.

 Termofilik şartlar sıcaklık değişimlerine karşı hassastır ve daha fazla enerji ihtiyacı vardır.

Biyogaz/Biyometanizasyon Tesisleri

 Besleme şekillerine göre biyogaz/biyometanizasyon tesisleri üç aşamada sınıflandırılmaktadır.

1. Kesikli Fermantasyon; bu sistemde fermenter biyobozunur atıklar ile doldurulur ve prosesin gerçekleşmesi beklenir. Daha sonra sistem durdurulur ve fermenter boşaltılır ve yeni

biyobozunur atıklar ile doldurulur. Bu döngü ile işlem tekrarlanır.

2. Yarı Kesikli Fermantasyon; Prosesin gerçekleşeceği fermenter atıklar ile doldurulur ve prosesin gerçekleşmesi beklenir. Daha sonra fermenterin yarısı boşaltılarak yerine yeni biyobozunur atıklar eklenir. Bu işlem döngüsü ile devam eder.

3. Sürekli Fermantasyon; Prosesin gerçekleşeceği fermentere her gün belli bir miktarda atık yüklenir. Yüklenen miktar kadar atıkta fermenterden boşaltılır. Bu döngü ile fermenterdeki gaz üretimi aralıksız devam etmektedir

Biyogaz/Biyometanizasyon

reaksiyonununa etki eden faktörler

 Bir çok proseslerde olduğu gibi, anaerobik fermantasyonda da

çevresel şartlar (sıcaklık, bekleme süresi vb. parametreler) metan oluşumuna etki eder.

BİYOGAZ pH

toksisite

Karıştır ma

C/N sıcaklık

Organik yükleme

hızı

Hidrolik bekletm e süresi

pH



Biyogaz prosesinde kullanılan bakterileri türleri için optimum pH değerleri 7 yada yakın değerlerdir.



Fermantasyon sürecinde pH değeri 7 ile 7.5 aralığında değişmektedir.



pH değerindeki düşüş bakteri türlerinin üzerinde toksik etkiye neden olmaktadır.



Bunun sonucunda ortamda asit oluşturan bakteri popülasyonu artmaktadır. Bu da prosesteki metan

oluşumunu durdurmaktadır. Böyle bir durum söz konusu olduğunda fermentere hammadde beslemesi

durdurularak ortamın asit seviyesinin normale

dönmesi sağlanmalıdır.

Toksisite



Ağır metaller veya deterjan gibi kimyasal maddelerin reaktöre sızması bakterilerin gelişimi üzerinde ve proses aşamasında olumsuz etkiler oluşturmaktadır. Bu durum reaksiyonun durmasına neden olmaktadır.



Yemlerle antibiyotik katılması beslenen hayvanların gübrelerinde de antibiyotiklerin bulunmasına ve kullanılan gübrenin biyogaz sisteminde toksisite yaratmasına neden olmaktadır.



Bu antibiyotikler biyogaz reaksiyonunu gerçekleştiren

bakteriler üzerinde olumsuz etki yaratmaktadır.

Karıştırma

 Bitkisel yada hayvansal atık fermantöre alınmadan önce fiziksel durumlarından dolayı proses esnasında diğer atıklarla ya da

bulamaçla temas etmesi için karıştırılması gerekmektedir.

 Fermenterdeki atığın karıştırılmasının birçok avantajı vardır.

 proseste oluşan gazın çıkısını kolaylaştırmak,

 sisteme girdisi yeni yapılan atığın bakteriler ile karışmasını sağlamak,

 fermenterin içinde çökelti oluşumunu engellemek,

 prosesteki atığın sıcaklığının dengelemek,

 işlem gören atığın bakteri yoğunluğunu dengelemek örnek olarak verilebilmektedir.

 Optimum karıştırma yöntemi dört saatte bir, hassas

karıştırmaktır. Karıştırmalı fermenterlerde hidrolik bekleme süresi karıştırmasızlara oranla daha kısa olmaktadır.

C/N



Anaerobik bakteriler için karbon enerji elde

etmek için kullanılmaktadır. Azot ise bakterilerin büyüyüp çoğalması için gerekli bir maddedir.



C/N oranı 23/1 değerinden yüksek ve 10/1 değerinden az olmamalıdır.



Azot oranının gereğinden yüksek olması amonyak

oluşumuna neden olacağından biyogaz prosesini

olumsuz etkilemektedir.

Sıcaklık



Biyogaz prosesinde kullanılan

bakteriler çok yüksek ve çok düşük sıcaklık değerlerinde aktif olarak çalışamamaktadırlar.



Bundan dolayı biyogaz prosesisin gerçekleşeceği fermenter sıcaklığı uygun değerler arasında olmalıdır.



Üretimde kullanılan bakteriler sıcaklık değişimlerine karşıda hassasiyet göstermektedirler.



Reaksiyonun gerçekleştiği

fermenterin sıcaklığı bekleme

süresini de belirlemektedir.

Organik yükleme hızı

 Organik yükleme hızı, reaktörlere günlük olarak birim hacimde yüklenen organik madde miktarı olarak nitelendirilmektedir.

Organik yükleme hızının optimumda tutulması gerekmektedir. Tersi bir durumda pH seviyesi düşerek gaz üretimini tamamen durabilmektedir. Mezofilik şartlarda çalışan fermenterler için optimum organik yükleme hızı Tablo 1.10’da verilmiştir.

Hidrolik bekletme süresi

 Hidrolik bekleme süresi (HBS), biyobozunur atıkların içindeki organik maddelerin mikroorganizmalar tarafından çürütülerek sonucunda biyogaz üretmesi için gerekli olan zaman olarak tarif edilmektedir.

 Biyogaz tesislerinde fermenterin işletim sıcaklığına göre HBS 20 ile 120 gün arasında farklılık göstermektedir.

 Sıcak iklime sahip bölgelerde HBS 40 ile 50 gün arasında

değişirken, soğuk iklime sahip bölgelerde 100 günü bulan HBS mevcuttur.

 Hayvansal atıklardan biyogaz eldesinde HBS’ye etki eden en önemli aşama hidroliz evresidir.

 Domuz gübresi daha fazla yağ içerdiğinden sığır gübresine oranla daha kısa sürede çürümektedir. Sığır gübresi diğerlerine göre

daha fazla miktarda selüloz ve semi selüloz içermektedir.

Hidrolik bekletme süresi

 Yeteri kadar hidrolik bekleme süresi gerçekleşmez ise

fermenterdeki bakterileri sayısı düşer ve uçucu yağ asitlerinin miktarı artar. Bu durum biyogaz üretim

veriminin düşmesine sebep olmaktadır.

 Fermenterdeki sıcaklığın artışı HBS’yi düşürmektedir. Olması gereken sıcaklığın üstündeki sıcaklıklarda reaksiyon süreci kısalmaktadır. Bundan dolayı HBS’yi uygulanması

planlanan sıcaklık

değerine göre seçmek gerekmektedir.

OUIZ SORULARI

1. Kompost nedir? Kompost kullanım alanları nelerdir? Kompostun faydaları nelerdir? Kompost kalitesi belirleme parametrelerini sıralayınız.

2. Düzenli depolamanın tanımını yapınız. Düzenli depolamanın avantajları nelerdir? Düzenli depolama yer seçimi için dikkat edilecek hususları listeleyiniz.

3. Düzenli depolama sahalarında depo gazı oluşum aşamalarını ayrıntılı olarak açıklayınız. Depo gazı bileşenlerini yüzdesel olarak belirtiniz.

4. Bir katı atık düzenli depolama sahası için su dengesini şema çizerek anlatınız. Sızıntı suyu oluşumunun ve karakteristiğinin hangi özelliklere bağlı olduğunu açıklayınız.

5. Katı atıkların anaerobik çürüme aşamalarını detaylarıyla açıklayınız.

Anaerobik çürümeyi etkileyen faktörleri yazınız.

6. Biyogaz nedir, tanımlayınız. Biyogaz üretiminde kullanılan ham maddeler nelerdir. Biyogazın kullanım alanlarını açıklayınız.