KOCAELĠ ÜNĠVERSĠTESĠ * FEN BĠLĠMLERĠ ENSTĠTÜSÜ
TEK VE ĠKĠ KADEMELĠ DENEY SĠSTEMĠNDE PEYNĠR ALTI
SUYUNDAN BĠYOGAZ ÜRETĠMĠNĠN ARAġTIRILMASI
YÜKSEK LĠSANS TEZĠ
Mak. Müh. Erkutay TAġDEMĠRCĠ
Anabilim Dalı: Makine Mühendisliği
DanıĢman: Doç. Dr. K. Süleyman YĠĞĠT
ÖNSÖZ ve TEŞEKKÜR
Doğal kaynakların gün geçtikçe tükeniyor olması ve enerji ihtiyacının sürekli artması yenilenebilir enerji kaynaklarından biri olan biyogazın üretimine olan ilgiyi arttırmaktadır. Türkiye’de 1957 yılında Toprak ve Gübre AraĢtırma Enstitüsü’nde baĢlayan biyogaz üretim çalıĢmaları; günümüzde, özellikle de ihtiyacı olan doğalgazın büyük bir kısmını ithal eden ülkemizde, araĢtırılması ve uygulanması gereken bir konu haline gelmiĢtir. Bilhassa atıkların değerlendirilmesi açısından biyogaz üretim teknolojilerinin geliĢmesi ülkemizin ve dünyanın geleceği için büyük önem arz etmektedir. Bu çalıĢmada süt ve süt ürünlerinin elde edilmesi sırasında açığa çıkan organik atıklardan biri olan peynir altı suyunun değerlendirilerek biyogaz elde edilmesi üzerine deneysel çalıĢmalar yapılmıĢtır.
Bu deneysel çalıĢmaların yapılması sırasında hiçbir desteğini ve bilgisini esirgemeyen Hocam Doç.Dr.K.Süleyman YĠĞĠT’e, ĠzaydaĢ bakım atölyesi Ģefi Mustafa GÜNDÜZ’e, elektronik ve enstrüman Ģefi Gülay ġERĠT’e, elektrik bakım atölyesi Ģefi Özgür TORAMAN’a, bakım atölyesi çalıĢanlarından Nebi KILIÇ, Ruhi EROĞLU, Mehmet SOLMAZ, Adil YAĞIZDOĞAN, Ġskender AKGÜN, Mehmet KURNAZ, Serkan ERGÜN, Seyfettin CEYHAN, Önder KORKMAZ, Güngör ÖZDEMĠR, Murat KILIÇ, Alp TUNCER, Hikmet TETĠÇ, Gaffar ÇAMUR, Erol ASLAN, Recep KARAGÖZ, Nezih YAMAN, Sezgin ÇAKAR, Teoman YÜKSEL ve emeği geçen ĠZAYDAġ yönetimine, dönem stajyerlerine ayrıca deneylerde kullanılan peynir altı suyunu ve test kitlerini temin eden Rella A.ġ.’ye ve değerli arkadaĢım ArĢ. Gör. Özgür KAPLAN’a teĢekkürü bir borç bilirim.
Ayrıca yüksek lisans eğitimim ve tez çalıĢmam boyunca maddi ve manevi hiçbir desteklerini esirgemeyen ve de tez çalıĢmamdaki yardımlarından dolayı Babam Maden Yük. Müh. Özgen TAġDEMĠRCĠ’ye ve Annem Türkçe Öğretmeni Gülay TAġDEMĠRCĠ’ye sonsuz teĢekkürlerimi sunarım.
İÇİNDEKİLER ÖNSÖZ ve TEġEKKÜR ... i ĠÇĠNDEKĠLER ... ii ġEKĠLLER DĠZĠNĠ ... iv TABLOLAR DĠZĠNĠ ... v SĠMGELER DĠZĠNĠ ve KISALTMALAR ... vi ÖZET ... vii
ĠNGĠLĠZCE ÖZET ... viii
1. GĠRĠġ ... 1
2. GENEL BĠLGĠLER ... 4
2.1. Biyogazın Tanımı ve Özellikleri ... 4
2.2. Biyogazın Kullanım Alanları ... 4
2.3. Biyogazın Türkiye’deki Üretim Potansiyeli ... 6
2.4. Biyogaz OluĢum AĢamaları ... 8
2.4.1. Hidroliz ve uçucu yağ asitlerinin oluĢum aĢaması ... 9
2.4.2. Asetat oluĢum aĢaması ... 10
2.4.3. Metan oluĢum aĢaması ... 11
2.5. Biyogaz Üretiminde Kullanımı Uygun Atıklar ve Karakteristikleri ... 11
2.5.1. Evsel atıklar ... 12 2.5.2. Endüstriyel atıklar ... 12 2.5.3. Tarımsal atıklar ... 13 2.5.4. Hayvansal atıklar ... 13 2.6. Biyogaz Reaktörleri ... 15 2.6.1. Anaerobik lagünler ... 15
2.6.2. Tam karıĢtırmalı reaktörler ... 17
2.6.3. Piston akıĢlı reaktörler ... 19
2.6.4. Temas reaktörler ... 20
2.6.5. ArdıĢık kesikli reaktörler ... 21
2.6.6. Temas stabilizasyonlu reaktörler ... 21
2.6.7. Kademeli reaktörler ... 22
2.6.8. Hibrit reaktörler ... 23
2.7. Biyogaz Tesislerinde Proses Kontrolü ... 23
2.7.1. Karbon/Azot/Fosfor (C/N/P) oranı ... 23 2.7.2. Organik yükleme hızı ... 23 2.7.3. Sindirici sıcaklığı ... 24 2.7.4. pH ve alkalinite ... 24 2.7.5. H2S kontrolü ... 25 2.7.6. Toksisite ... 26 3. LĠTERATÜR TARAMASI ... 27 4. MALZEME ve YÖNTEM ... 32
4.1. Deney Düzeneği Tasarımı ve Ġmalatı ... 32
4.2. Sindiriciler ... 32
4.4. Gaz Toplama Tankı ... 34 4.5. Kontrol Ünitesi ... 35 4.6. Ölçüm ve Analizler ... 37 4.6.1. Kullanılan ölçüm cihazları ... 37 4.6.2. Sıcaklık ölçümü ... 38 4.6.3. Basınç ölçümü ... 38
4.6.4. Günlük gaz üretim miktarının ölçülmesi ... 38
4.6.5. pH ölçümü ... 39
4.6.6. Kuru madde tayini ... 39
4.6.7. Uçucu organiklerin tayini ... 39
4.6.8. Uçucu yağ asitlerinin tayini ... 40
4.6.9. Toplam azot analizleri ... 40
4.6.10. Amonyum analizleri ... 40 4.6.11. Potasyum analizleri ... 41 4.6.12. Fosfat analizleri ... 41 4.6.13. Nitrat analizleri ... 41 4.6.14. Sülfat analizleri ... 41 4.6.15. Nitrit analizleri ... 42 4.6.16. Sülfit Analizleri ... 42 5. DENEYSEL ÇALIġMA ... 43
5.1. Devreye Alma (Start Up) ... 43
5.2. Tek Kademeli Sistemde Biyogaz Üretim Deneyleri ... 44
5.2.1. Sadece peynir altı suyu, inek gübresi ve tavuk gübresi karıĢımından tek kademeli sistemde biyogaz üretimi ... 45
5.2.2. Sadece peynir altı suyundan tek kademeli sistemde biyogaz üretimi ... 46
5.3. Ġki Kademeli Sistemde Biyogaz Üretim Deneyleri ... 48
5.4. Deney Sürecinin Ġncelenmesi ... 51
5.4.1. Tek kademeli sistemde uçucu yağ asidi konsantrasyonlarının değiĢimi ... 51
5.4.2. Tek kademeli sistemde pH değiĢimi ... 53
5.4.3. Tek kademeli sistemde gaz üretimi ve konsantrasyonları ... 56
5.4.4. Ġki kademeli sistemde uçucu yağ asidi konsantrasyonlarının değiĢimi ... 60
5.4.5. Ġki kademeli sistemde pH değiĢimi ... 62
5.4.6. Ġki kademeli sistemde gaz üretimi ve konsantrasyonları ... 63
6. SONUÇLAR VE ÖNERĠLER ... 66
KAYNAKLAR ... 71
ŞEKİLLER DİZİNİ
ġekil 2.1: Biyogaz üretim ve kullanımının Ģematik gösterimi ... 6
ġekil 2.2: Organik maddelerden biyogaz üretimi ... 9
ġekil 2.3: Anaerobik lagün akıĢ Ģeması ... 16
ġekil 2.4: Honduras’ta kurulu bulunan lagün tipi biyogaz tesisi ... 16
ġekil 2.5: Tam karıĢtırmalı reaktör örneği ... 18
ġekil 2.6: Piston akıĢlı reaktörün Ģematik gösterimi ... 20
ġekil 2.7: Temas Reaktör AkıĢ ġeması ... 21
ġelik 4.1: Ġki kademeli biyogaz Ar-Ge reaktörü Ģematik görünümü ... 36
ġekil 5.1: Deneysel çalıĢma süresi boyunca günlük pH ve UYA değerleri ... 55
ġekil 5.2: Deneysel çalıĢma süresi boyunca günlük biyogaz üretim miktarları ... 58
TABLOLAR DİZİNİ
Tablo 2.1: Sığır ve tavuk gübrelerinin değiĢik sıcaklıklarda biyogaz verimleri ... 7 Tablo 2.2: Hayvan gübresinin yanında ikincil besi kaynağı olarak kullanılan bazı atıkların biyogaz üretim miktarları... 14 Tablo 2.3: Muhtelif organik atıkların özellikleri ve iĢletme parametreleri ... 14 Tablo 5.1: % 5 kuru maddelik devreye alma menüsü ... 44 Tablo 5.2: Tek kademeli sistemde % 5 kuru maddelik inek gübresi + tavuk gübresi + peynir altı suyu günlük besleme menüsü ... 45 Tablo 5.3: Tek kademeli sistemde % 8 kuru maddelik inek gübresi + tavuk gübresi + peynir altı suyu besleme menüsü ... 46 Tablo 5.4: Tek Kademeli Sistemde 2 kg sadece peynir altı suyu besleme menüsü ... 47 Tablo 5.5: Tek Kademeli Sistemde 3 kg sadece peynir altı suyu besleme menüsü ... 47 Tablo 5.6: Ġki kademeli sistemde 2 kg sadece peynir altı suyu besleme menüsü ... 48 Tablo 5.7: Ġki kademeli sistemde 2,5 kg sadece peynir altı suyu besleme menüsü .. 49 Tablo 5.8: Ġki kademeli sistemde 3 kg sadece peynir altı suyu besleme menüsü ... 50 Tablo 5.9: Deneysel çalıĢma süreci menüsü ... 51 Tablo 6.1: Tek ve iki kademeli sistemde yapılan deneysel çalıĢmanın sonuç değer tablosu ... 67
SEMBOLLER
(CH3-(CH2)16 – COOH) : Stearik Asit
C3H5 (CH3(C2)16 – COO)3 : Tristearin
C4H9OH : Bütil Alkol
C6H10O5 : Glikojen
CH2NH2COOH : Glikol
CH3 COOH : Asetik Asit
CH3(CH2 )n COOH : Yağ Asitleri Genel Denklemi
CH3H5(OH)3 : Gliserin d/d : Devir / dakika GV : Giga Volt H2S : Hidrojen Sülfür mgHAc/lt : Alkalinite Ölçütü Hz : Hertz lt : litre
MLSS : Mixed Liquor Süspended Solids
n : mol sayısı
o
C : Santigrat Derece
TWh : Tera Watt Saat
Kısaltmalar
HBS : Hidrolik Bekleme Süresi
KMM : Kuru Madde Miktarı
KOĠ : Kimyasal Oksijen Ġhtiyacı
ORL : Organic Loading Rate ( Organik Yükleme Hızı)
S1 : Sindirici 1
S2 : Sindirici 2
UO : Uçucu Organik
TEK VE İKİ KADEMELİ SİSTEMDE PEYNİR ALTI SUYUNDAN BİYOGAZ ÜRETİMİNİN ARAŞTIRILMASI
Erkutay TAŞDEMİRCİ
Anahtar Kelimeler: Peynir Altı Suyu, Biyogaz, Tek kademe, Ġki Kademe, Biyogaz
Reaktörü, Ġnek Gübresi, Tavuk Gübresi.
Özet: Bu çalıĢmada peynir altı suyundan biyogaz üretimi araĢtırılmıĢtır. 83 ve 52
litrelik iki adet deney reaktörü imal edilmiĢ ve bu çalıĢmada kullanılmıĢtır.
Tek kademeli biyogaz üretimi için 83 litrelik sindirici kullanılmıĢtır. Bu deneyde peynir altı suyu, inek gübresi ve tavuk gübresinden % 5, % 6 ve % 8’lik kuru madde miktarları (KMM) ile karıĢımlar oluĢturulmuĢtur. % 5 KMM’lik beslemede
237,3 lt CH4/kg UO, % 6 KMM’lik beslemede 571,4 ltCH4/kgUO, % 8 KMM’lik
beslemede ise 184,8 ltCH4/kgUO gaz üretkenliği elde edilmiĢtir.
Ġki kademeli biyogaz üretiminde 52 (S1) ve 83 (S2) litrelik sindiriciler seri bağlanarak kullanılmıĢtır. S1 asitleĢme reaktörü, S2 metan üretim reaktörü olarak
kullanılmıĢtır. Bu çalıĢmada % 6 KMM’lik günlük 2 kg beslemelerde
595 lt CH4/kg UO gaz üretkenliği elde edilmiĢtir. Fakat asitojen sindiricinin dengeli
çalıĢması sağlanamamıĢtır.
Peynir altı suyu ile biyogaz üretiminde tek kademeli ve iki kademeli sürekli sistem arasında verim farkı görülmemiĢtir. Bu sebeple sadece peynir altı suyundan biyogaz üretimi için tek kademeli sistem daha uygundur.
STUDY OF BIOGAS PRODUCTION FROM CHEESE WHEY IN ONE AND TWO STAGE TEST SYSTEM
Erkutay TAŞDEMİRCİ
Keywords: Cheese Whey, Biogas, Start Up, One-Phase, Two-Phase, Biogas
Reactor, Cow Manure, Poultry Manure
Abstract: In this study, biogas production from cheese whey has been investigated.
Two reactors that has 83 and 52 liter capacity was constructed and used in the experiments.
For one stage biogas production, the reactor that has 83 liters capacity was used. In this experiment, cheese whey, cow manure, poultry manure; % 5, % 6 and % 8 dry matter was mixed and used. At nutrition feeding with % 5 total solid (TS)
237,3 lt CH4/kg UO, % 6 TS 571,4 lt CH4/kg UO and % 8 TS 184,8 lt CH4/kg UO
gas productivity has been achieved.
For two stage experiments both 52 (S1) lt and 83 (S2) lt digesters were used with serial connection. S1 was used for acidification and S2 was used for methane production. In this study nutrition with % 6 TS was feed in the system and methane
production rate was found 595 lt CH4/kg VS but asidogenesis digester working
balance wasn’t provided.
It has been found that there is no difference between one and two-stage system in production biogas from only cheese whey. In this case, one-stage system is more useful for biogas production from only cheese whey.
1. GİRİŞ
Teknolojinin gelişmesi ve enerji tüketiminin sürekli olarak artması doğal enerji kaynaklarının tükenmesine ve gün geçtikçe enerji üretim maliyetlerinin artmasına sebep olmaktadır. Bu durum insanları farklı enerji kaynaklarını aramaya sevk etmiş ve günümüzde yenilenebilir enerji kaynakları üzerine yapılan çalışmalar hız kazanmıştır.
Hidrolik enerji, rüzgar enerjisi, jeotermal enerji ve biyokütle enerjisi yenilenebilir enerji kaynaklarına örnek olarak verilebilir. Yenilenebilir enerji kaynaklarından biri olan biyokütle enerjisi Türkiye‟nin doğalgaz ihtiyacının bir kısmının karşılanmasında alternatif olabilir. Ayrıca Türkiye‟nin büyük tarım ve hayvancılık potansiyeline sahip bir ülke olması biyogazın geleceğini cazip kılmaktadır. Biyogaz üretiminde organik atıkların değerlendirilmesi enerji maliyetlerinin düşürülmesi açısından önemli olduğu kadar çevre ve atıkların yeniden kullanımı bakımından da büyük önem arz etmektedir.
Türkiye‟de süt ve süt ürünlerinin üretimi oldukça gelişmiştir. Özellikle de süt fabrikalarının atık suyu olarak sınıflandırılan peynir altı suyunun doğaya serbest halde bırakılması organik kirlenmeye, atık bölgesinde mikroorganizma faaliyetlerinin artmasına ve kötü koku yayması gibi sebepler ile çevrenin kirlenmesine neden olabilmektedir.
Türkiye‟de, Devlet İstatistik Kurumu Kasım 2010 verilerinde, Kasım ayına ait peynir üretimi 34555 ton olarak gerçekleşmiştir. Bu veri doğrultusunda 1 kg peynir üretilirken 6 kg peynir altı suyu oluştuğuna göre, ayda yaklaşık 207000 ton peynir altı suyu ortaya çıkmaktadır.
Çıkan peynir altı suyunun üç farklı şekilde bertaraf edilmesi mümkündür. Bunlardan birincisi, süt tozu üretimi yapan fabrikalarda değerlendirilebilir, ikinci olarak kanalizasyon hattına gönderilebilir veya üçüncü olarak biyogaz reaktörlerinde gazı alındıktan sonra çıkan ürün organik gübre olarak tarımda kullanılabilir. Özelikle süt tozu üretimi yapan fabrikaların ihtiyacından fazla peynir altı suyu çıktığı için kullanılamayan peynir altı suyu, ikinci yöntem olan kanalizasyon sistemine gönderilmekte, bu da arıtma tesislerinin organik yükünü artırmaktadır. Bu olumsuzluğu ortadan kaldırmanın en iyi yolu, ekonomik kazanımlar açısından en uygun olanı büyük hacimli biyogaz tesisleri kurularak peynir altı suyundan biyogaz üretiminin yapılmasıdır.
Bu sebeplerden ötürü anaerobik biyogaz tesislerin kurulması, ileriki yıllarda daha da yaygınlaşacaktır. Yeni süt ürünü işleme tesisleri devreye alındıkça; yanlarına da biyogaz üretim sistemleri kurulacaktır. Hem atıkların imhası ve bunların organik gübreye dönüştürülmesi ile yeniden tabiattaki yerleri almaları sağlanacak hem de biyogaz eldesi ile enerji üretimi sağlanmış ve ülke dışa bağımlılıktan nispeten kurtarılmış olacaktır. Yalnız bu projelerin hayata geçirilebilmesi için devletin istimlak gücünü kullanıp toprak bütünlüğünü sağlayarak büyük tarım ve hayvancılık çiftlikleri kurulması gerekmektedir. Bu çiftliklerin hemen yanlarına kurulan entegre tesisler, biyogaz üretim tesisleri ile donatılmalıdır. Peynir altı suyu gibi organik atıkların geri kazanımı ile ilgili ciddi anlamda çalışmalar ve araştırmalar yapılmalı ve desteklenmelidir. Ülkemiz; bilhassa yerli teknolojisine ağırlık verip, gerektiği yerlerde de yabancı teknolojilerden faydalanmalıdır. Bununla yetinilmemeli, satın alınan teknolojileri yerli teknolojisine mal ederek çalışmalarına hız kazandırmalıdır. Yapılan bu çalışmada Rella Gıda A.Ş.‟den alınan peynir altı suyu ile İZAYDAŞ‟ta, Ar-Ge amaçlı kurulu bulunan deney sisteminde, birtakım deneysel çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Yapılan bu çalışmalarda peynir altı suyu ana hammadde olmak üzere inek ve tavuk gübresiyle karıştırılarak sindiricilere besi maddesi olarak kullanılmış ve ileride kurulması planlanan biyogaz ve organik gübre tesisinin ön çalışmaları yapılmıştır. Deneyin ilerleyen sürecinde sisteme sadece peynir altı suyu
beslenerek denemelere devam edilmiş ve deneyin son kısmında ise iki kademeli sisteme sadece peynir altı suyu beslenerek tek kademeli ile iki kademeli sistemlerin arasındaki farklar araştırılmıştır.
Bu çalışmaların ışığında, hem peynir altı suyu kullanılarak biyogaz üretimi gerçekleştirilecek, hem kojenerasyon yöntemi ile elektrik ve ısı enerjisi elde edilecek hem de tarım sektöründe toprak ıslahı için kullanılabilecek yüksek kalitede organik gübre elde edilmiş olacaktır. En önemlisi de atığın enerjiye çevrilecek ve çevre kirlenmesinin önüne geçilecek olmasıdır.
2. GENEL BİLGİLER
Biyogazın tanımı ve özellikleri, kullanım alanları, Türkiye‟deki üretim potansiyeli, üretim aşamaları, üretiminde kullanımı uygun atıklar ve karakteristikleri, biyogaz sindiricileri ve biyogaz tesislerinde proses kontrolü ile ilgili başlıklar sırası ile açıklanmıştır.
2.1. Biyogazın Tanımı ve Özellikleri
Organik maddelerin anaerobik ortamlarda çeşitli bakteri kültürleri tarafından bozunması sonucunda ortaya çıkan yanıcı gaza biyogaz adı verilir. İçeriğinde
% 50 – 70 oranında metan (CH4); % 30 – 50 karbondioksit (CO2); % 0 – 3 Azot (N2);
% 0 – 1 hidrojen (H2); % 0 – 1 hidrojen sülfür (H2S) ve çok az miktarda karbon
monoksit (CO) gazları bulunmaktadır. Biyogazın gaz konsantrasyonu; üretim ortamının sıcaklığına, pH değerine ve bozunan organik maddenin türüne göre değişiklik gösterebilir. Genel olarak 1 m3
biyogazın alt ısıl değeri 19 – 24 MJ/m3 arasında değişmektedir [1].
2.2. Biyogazın Kullanım Alanları
Biyogaz; birçok amaç için çok farklı yerde ve yöntemle kullanılabilecek yanıcı bir gazdır. Bu kullanım alanları sıralanacak olursa;
Isıtma amaçlı kullanımı: Gaz yakıtla çalışan çeşitli tipteki ısıtıcıların uygun hava yakıt karışımı ayarları yapılarak biyogazla ısıtma sağlanabilir. Bu ısı enerjisi konut ısıtmasında, hayvan barınaklarında sıcaklığın dengelenmesinde, seralarda ve artan bir miktar ısı da biyogaz üretimi için gerekli sıcaklığın korunmasında kullanılabilir.
filtrelenerek temizlenmesi ile metal temas yüzeylerindeki aşınmanın ve yanma sonucu oluşacak sülfürik asit gibi bir takım korozyon etkili bileşiğin oluşmasının önüne geçilmiş olacaktır [1].
Aydınlatma amaçlı kullanımı: Likit petrol gazı ile çalışan aydınlatma elemanlarında direkt olarak kullanılabileceği gibi motor – jeneratör gruplarında elektrik enerjisine dönüştürülerek de aydınlatmada kullanımı mümkündür. Fakat direkt biyogazın aydınlatma olarak kullanılması oldukça düşük verimlerde gerçekleşecektir [1].
Mutfaklarda kullanımı: Likit pertrol gazı veya doğalgaz ocaklarında, biyogazın uygun filtreleme işlemlerinden geçirilmesi ile kullanımı mümkündür. Böylelikle pişirme için gerekli ısı, elektrik enerjisi ve/veya doğalgaz yakıtı kullanımı ile değil, biyogazdan sağlanmış ve enerji giderlerinde önemli ölçüde azalma olacaktır [1].
Taşıtlarda kullanımı: İçeriğindeki metan gazı oranı yükseltilerek, özellikle de yüksek sıkıştırma oranına sahip motorlarda gaz yakıt olarak biyogazın kullanılması mümkündür. Biyogazın taşıt üzerinde güvenli ve az yer kaplayarak depolanabilmesi için sıkıştırılması veya sıvılaştırılması gerekir. Bunu alaşımlı çelik veya kompozit depolarla sağlamak mümkündür. Bir çok Avrupa ülkesinde taşıtlarda, bilhassa da toplu taşıma araçlarında biyogaz kullanımı uygulanmakta ve teşvik edilmektedir [1,2,3].
Kojenerasyon ve trijenerasyon teknikleri ile kullanımı: Termik çevrimlerde mekanik enerjinin tek başına elde edilmesi düşük verimlerde gerçekleşmektedir. Bu yüzden açığa çıkarılan enerjiden mümkün olabildiğince yararlanmak gerekir. Hem mekanik enerjinin elektrik enerjisine dönüşümünün sağlanması hem de oluşan ısıdan faydalanılması işlemleri kojenerasyon diye adlandırılır [1].
İklimin yıl içinde fazla değişiklik gösterdiği bölgelerde bu elektrik ve ısı enerjisinin elde edilmesinin yanında soğutma çevrimleri de eklenerek trijenerasyon tesisleri de kurulmaktadır. Böylece ısının gerekmediği ve üstelik ortamdan ısının uzaklaştırılması gereken durumlarda atık ısı ile soğutma çevrimleri çalıştırılmaktadır.
İki şekilde enerjiden faydalanılması ile birim yakıt tüketimi başına alınan toplam enerji miktarı artmakta ve toplam verim yükselmektedir. % 20 – 40 çevrim veriminde sadece elektrik enerjisi eldesi sağlanırken, kojenerasyon ve trijenerasyon yöntemleri ile bu verim % 65 – 85 oranlarına kadar çıkabilmektedir [1,4].
Biyogazın üretiminden kullanımına kadar geçen sürecin temsili Şekil 2.1‟de gösterilmiştir.
1: Gübre toplama deposu, 2: Pompa, 3: Sindirici, 4: Gaz toplama ünitesi, 5: Isıtma sistemi, 6: Gaz motoru, 7: Jeneratör, 8: Elektrik dağıtım hattı.
Şekil 2.1: Biyogaz üretim ve kullanımının şematik gösterimi [5].
Ahırdan toplanan inek gübresi biyosindiricilerde çürütüldükten sonra açığa çıkan biyogazın bir kısmı yakılarak ısı enerjisi elde edilir. Isı enerjisinin bina ısıtmasında kullanılmasının yanı sıra bir miktarı da sindirici çalışma sıcaklığını sabit tutmak için kullanılır. Üretilen gazın bir kısmı da motor jeneratör grubunda kullanılarak elektrik enerjisi elde edilir. Bu elektrik enerjinsin bir bölümü aydınlatmada kullanılırken üretilen fazla enerji iletim hattına verilir.
2.3. Biyogazın Türkiye’deki Üretim Potansiyeli
Ülkemizde biyogaz araştırmaları ile ilgili en yoğun çalışmalar 1980 – 1986 yılları arasında Tarım ve Köy İşleri Bakanlığı‟na bağlı Köy Hizmetleri Ankara Araştırma
Enstitüsü Merkez TOPRAKSU Araştırma Enstitüsü‟nde yapılmıştır. Bu enstitüde kurulan biyogaz laboratuarında yapılan çalışmalar sonucunda şu sonuçlara varılmıştır [6].
• Sığır, koyun ve tavuk gübreleri ve bunların karışımları ile yapılan çalışmada 30 o
C
1 m3 kapasiteli laboratuar ölçekli reaktörde biyogaz üretimi yapılmıştır. 1215 ( lt / m3
reaktör hacmi) biyogaz üretimi ile tavuk gübresinden en yüksek verim alınmıştır. • 12 m3
hacimli sabit kubbeli biyogaz reaktöründe çevre sıcaklığında gerçekleştirilen
çalışmada 9 °C ‟deki biyogaz üretimi 1,4 m3/gün, 20 °C ‟deki biyogaz üretimi ise 5,9
m3/gün olarak elde edilmiştir [6].
• 28 m3
kapasiteli bir başka çiftlik tipi ısıtmalı ve gaz depolama tankı sistemden ayrı olan biyogaz tesisinde karıştırma tekniğinin biyogaz üretimine etkisi araştırılmıştır. Reaktör sıcaklığı 20 – 30 °C arasında kalmak şartı ile mekanik karıştırmalı
uygulamadan 9.97 – 25,05 m3/gün, bubblegun (kabarcık tüfeği) ile karıştırmalı
uygulamadan ise 7,64 – 14,56 m3/gün biyogaz elde edilmiştir [6].
• Sığır ve tavuk gübrelerinden biyogaz üretimine sıcaklığın etkisinin araştırıldığı bir başka çalışmada; 9 – 18 – 27 ve 36°C‟de elde edilen biyogaz miktarları Tablo 2.1„de
verilmiştir. İki gübre çeşidinde de en yüksek gaz üretim miktarı 36 oC‟de elde
edilmiştir [6].
Tablo 2.1: Sığır ve tavuk gübrelerinin değişik sıcaklıklarda biyogaz verimleri [6].
Sindirici Sıcaklığı (°C) Sığır Gübresi (lt/m3
) Tavuk Gübresi (lt/m3)
9 101,4 253,3
18 339,7 448,0
27 509,8 1008,9
36 686,0 1266,2
• Günlük organik madde besleme yükü değiştirilerek; 30 °C‟de sabit sıcaklıkta her gün, üç günde bir, beş günde bir ve yedi günde bir besleme yapılarak biyogaz üretim denemeleri yapılmıştır. Sığır gübresinden en yüksek biyogaz verimi, beş günde bir
beslenen konudan sağlanırken (785,7 lt/m3) tavuk gübresinden en yüksek biyogaz
verimi her gün beslenen konudan elde edilmiştir (1099,7 lt/m3
• 12 m3
hacimli sabit kubbeli biyogaz reaktöründe gerçekleştirilen çalışmada sıcaklığı 5-19 °C arasında değiştirilerek deneyler yapılmıştır. Reaktörden 10 °C
sıcaklıkta 2,4 m3/gün, 15 °C ‟de 4,8 m3/gün ve 19 °C ‟de 6,9 m3/gün biyogaz üretimi
elde edilmiştir [6].
Türkiye‟nin 2010 yılında tükettiği doğalgaz yaklaşık 37 milyar m3‟tür. 2005 yılı için
doğal gaz tüketimi baz alınarak basit bir hesap yapıldığında;
Türkiye‟nin Yüzölçümü: 77.945.200 hektar,
Ekim alanı: 26.423.422 hektar,
Ekim alanlarının %20‟sinde enerji bitkisi ekilirse: 5.284.684 hektar.
Hektar başına elde edilebilecek yaklaşık enerji miktarı : 40.000 kWh/hektar.
Elde edilebilir enerji : 5.284.684 hektar x 40.000 kWh/hektar = 211,4 TWh .
Hayvan atıklarının biyogaz potansiyeli:
12.728.462 GV . 0,3 kW/GV . 8000 saat maksimum üretim = 30,5 TWh.
Biyogazdan toplam enerji kazanımı bir yıl için: 241,9 TWh olarak hesaplanmaktadır. Türkiye‟nin 2005‟teki doğalgaz tüketimi: 274 TWh olmuştur. İki değer birbirine oranlandığında gösteriyor ki, Türkiye 2005 doğalgaz ithalatının takriben yüzde 88‟ini ulusal kaynaklardan karşılanması mümkündür [7].
2.4. Biyogaz Oluşum Aşamaları
Bu aşamalar sırası ile birinci kademede hidroliz ve uçucu yağ asidi oluşumu, ikinci kademede Asetik asit üretimi, üçüncü kademede ise Metan üretim süreci gerçekleşir. Biyogazın üretim aşamaları Şekil 2.3‟te şematize edilmiştir.
Şekil 2.2: Organik maddelerden biyogaz üretimi [8].
Sindirici içerisine atılan organik madde öncelikle hidrolize olur ve uçucu yağ asitlerine dönüştürülür. Bu aşamada bir miktar basit yapılı organik madde direkt olarak asetik asite dönüşebilmektedir. İkinci aşamada uçucu yağ asitleri asetik asite
dönüştürülür. Bu sırada bir miktar H2 ve CO2 gazı açığa çıkmaktadır. Son aşamada
üretilen asetik asit, H2 ve CO2 metan bakterileri tarafından kullanılarak CH4 ve CO2
gazları üretilmektedir.
2.4.1. Hidroliz ve uçucu yağ asitlerinin oluşum aşaması
Bu aşamada organik materyal içerisinde bulunan karbonhidratlar, proteinler ve yağlar ilgili bakteriler tarafından parçalanıp yeniden sentezlenerek; az bir kısmı doğrudan asetik asite, çoğu bütürik, valerik ve propionik asit gibi çeşitli uçucu yağ
asitlerine ve kalan kısmı da H2 ve CO2 gazına dönüştürülür [5].
Bazı lifli ve selülozlu parçaların bozunması oldukça uzun sürmektedir. Özellikle de
anaerobik ortamda gerçekleşen biyokimyasal reaksiyonlarda hidroliz oldukça yavaş gerçekleşen bir safhadır. Bu sebepten dolayı hidroliz hız sınırlayıcı aşama olarak
kabul edilir [9]. Bunun için anaerobik ortamda biyogaz üretiminde, tasarlanacak
sistemde karıştırma hızı, hidrolik bekleme süresi, sıcaklık ve ortamın pH sınırları belirlenirken çok dikkat edilmelidir [8,10].
Hidrokarbonların, proteinlerin ve yağların temel parçalarına ve uçucu yağ asitlerine dönüşümü sırası ile açıklandığında;
Karbonhidratların parçalanması: Karbonhidratların parçalanması ile basit şeker yapıları oluşur. Genel denklemleri (C6H10O5) olan karbonhidratlar glikoza (C6H12O6)
dönüşürler. Bu dönüşümün akabinde glikozun bir kısmı alkollere dönüştürülür. Sadeleştirilmiş tepkime denklemi denklem (2.1)‟de gösterilmiştir [10].
(C6H12O6) => C4H9OH + 2n CO2 (2.1)
Proteinlerin parçalanması: Bu basamakta proteinler daha küçük parçaları olan aminoasitlere dönüşür. Bu dönüşüm sırasında karbomidler de açığa çıkar.
Karbomidler su ile reaksiyon göstererek CO2 ve amonyağa (NH3) dönüşür.
Proteinlerin amino asitlere dönüşümünün genel denklemi denklem (2.2)‟de gösterilmiştir [10]. Proteinlerin yapısında bulunan azottan dolayı reaksiyon sırasında bir miktar da amonyak açığa çıkmaktadır.
6 Protein + 3 H2O => CO2 + 2 NH3 + H2S + 4 (CH2NH2COOH) + 2 H2O (2.2)
Yağların parçalanması: Yağların hidrolizleri sonucunda yağ asitleri ve esterler açığa çıkmaktadır. Dönüşümün anlaşılabilmesi için tristearinin uçucu yağ asitlerine dönüşümü denklem (2.3)‟de verilmiştir [10].
4 C3H5 (CH3(C2)16 – COO)3 + 12 H2O => 4 CH3H5(OH)3 + 12 (CH3-(CH2)16 – COOH) (2.3)
2.4.2. Asetat oluşum aşaması
Asetik asite dönüşüm aşamasında birinci kademede oluşturulan uçucu yağ asitlerinin çoğu asetik asite dönüştürülür. Asetik asit metan oluşumunda metanojenik bakterilerin ana besin kaynağını oluşturmaktadır. Aynı zamanda asetik asit oluşumu
sağlanırken H2 gazı da açığa çıkmaktadır. Uçucu yağ asitlerinin asetik aside
dönüşümü denklem 2.4‟te gösterilmiştir [5].
Başka bir türe ait bakteri grubu da CO2 ve H2 gazlarını kullanarak asetik asit
üretmektedirler. Uçucu yağ asitlerinden asetik asit üretimine göre bu üretim nispeten daha az miktarlarda gerçekleşmektedir [5]. Dönüşümün genel denklemi denklem 2.5‟te verilmiştir.
2CO2 + 4H2 => CH3 COOH + 2H2O (2.5)
2.4.3. Metan oluşum aşaması
Bu aşamaya kadar üretilmiş olan uçucu yağ asitlerinin bir kısmı, asetik asit ve CO2 ,
H2 gazları farklı türdeki metan bakterileri tarafından CH4 ve CO2 ye dönüştürülürler.
Metana dönüşüm bakterilerin bir kısmının asetatı kullanması ile bir kısmının da hidrojen ve karbondioksit gazlarını kullanması ile gerçekleşir. Literatürde karbon 14 yöntemi ile yapılan bir çalışmada asetik asitten ve hidrojen-karbondioksitten metana dönüşüm oranları incelenmiş ve bunun yaklaşık % 70‟inin asetik asitten, % 20‟sinin ise hidrojen ve karbondioksitten metana dönüştüğü belirtilmiştir [11]. Denklem (2.6)‟da H2 ve CO2‟ den CH4‟e, denklem (2.7)‟de asetik asitten CH4‟e dönüşümün
genel denklemleri verilmiştir [5].
CO2 + 4H2 => CH4 + 2H2O (2.6)
CH3COOH => CH4 + CO2 (2.7)
2.5. Biyogaz Üretiminde Kullanımı Uygun Atıklar ve Karakteristikleri
Genel olarak atıklar; evsel, endüstriyel, tarımsal ve hayvansal atıklar adı altında dört ana başlıkta toplanabilir. Burada biyogaz üretimi konusu ele alındığından bu şekilde bir sınıflandırma yapmak mümkündür. Tarımsal ve hayvansal atıklar, biyogaz üretiminde kullanılabilecek en doğal ve zararlı kimyasal atık içermeyen maddelerdir. Bu özellikleri sayesinde herhangi bir maliyet ve ön işlem gerektirmeden biyogaz üretiminde rahatlıkla kullanılabilirler.
2.5.1. Evsel atıklar
Evsel atıklar insanların yaşam şekillerine ve disiplinlerine göre değişiklik gösteren atıklardır. Evsel atıkların organik içerikli atıklarla organik olmayan atıkları bir arada içerebilir. Atığın yerinde ayrıştırıldığı yerlerde evsel atıkların organik içerikleri daha yüksektir. Cam, çeşitli yapıştırıcılar, solvent bazlı ürünler, plastikler, metal kutular ve özellikle de canlılar için zararlı etkileri olan piller ve benzeri kirleticilerin bulunduğu organik olmayan atıkların evsel organik atıklardan ayrılması gerekir. Bu tür işlemler atığa uygulandığı zaman biyogaz üretimi maliyetleri ister istemez artmaktadır [12]. Evsel katı atıklar kompostlama tekniği ile dengeli hale getirilebilir. Bazı ülkelerde biyogaz üretiminde bu şekle getirilen atık kompost ikincil besi materyali olarak kullanılmaktadır. Bu şekilde nihai ürün olarak alınacak gübre toprak ıslahında kullanılabilir [12].
2.5.2. Endüstriyel atıklar
Endüstriyel atıklar çok çeşit organik ve inorganik maddeleri içlerinde barındırabilirler. Çeşitli ağır metaller ve toksik içeriğe sahip olabilen endüstriyel atıkları biyogaz üretimi için anaerobik ortamda bozunması sürecine alınmadan önce çok kapsamlı analizler yapmak gerekir. Bilhassa da anaerobik çürüme süreci sonucunda açığa çıkan organik gübreden yararlanılmak isteniyorsa, başlangıçta atığın tasnifi büyük bir titizlikle yapılmalıdır. Bahsedileceği üzere çeşitli metal, metal bileşikleri ve metal dışı elementler canlı organizmalar olan bakteriler üzerinde kısıtlayıcı ve öldürücü etkide bulunabilirler. Enerji üretimi sonucunda ortaya çıkan organik gübrede de bu elementlerin kalması gübrenin beklenen tüm özelliğini yitirmesine ve kullanımını tehlikeli hale getirebilmektedir [12].
Endüstriyel atıkların inorganik içeriği yüksek olabileceği gibi tam aksine zirai ve hayvansal kökenli, hiç yada çok daha az zararlı içeriği bulunan sanayi atıkları da mevcuttur. Özellikle de gıda endüstrisinden çıkan atıklar bu kapsama girmektedir. Bitkisel kökenli sanayi atıklarında azot ve fosfor miktarları düşük olabilir. Fakat hayvansal kökenli sanayi atıkları bu bileşiklerce oldukça zengindir. Bu açıdan
bitkisel ve hayvansal kökenli sanayi atıkları biyogaz üretimi için uygun oranlarda karıştırılarak kullanılması daha uygun olacaktır [12].
2.5.3. Tarımsal atıklar
Tarım potansiyeli yüksek olan ve mekanize tarım uygulayan ülkelerde tarım ürünlerinin yanında; bu ürünlerin sapları, kepek kısımları, kabukları, posaları ve buna benzer atık kısımlar, besin olarak kullanımı ekonomik olmayan veya kullanılamayan artıkları ortaya çıkmaktadır. Tarımsal atık olarak değerlendirilen organik içerikli bu ürünler biyogaz üretimi için oldukça uygundur. Gunaseelan‟nın 2004 yılında yapmış olduğu çalışmada 54 değişik meyve ve sebze atığından metan üretim potansiyeli
incelenmiştir. Sonuçta meyve atıklarından 180 – 730 m3
CH4 / Ton UO ve
sebzelerden 190 – 400 m3 CH4 / Ton UO metan üretimi sağlanmıştır [13,14].
2.5.4. Hayvansal atıklar
Hayvansal atıkların temelini hayvan gübreleri oluşturur. Bunlara kesim sırasında çıkan ve besin olarak kullanılamayan mezbaha atıkları da eklenebilir. Avrupa Birliği 2002 yılında mezbaha atıkları kullanımı ile ilgili bir düzenlemeye gitmiş ve bu atıkların nasıl kullanılacağına dair kurallar oluşturmuştur [15].
Birinci kategoride; hijyenik riski ve hastalık taşıma olasılığı bulunan hayvan atıkları bulunur. Bu tür atıklar insan sağlığını, hayvan sağlığını ve çevreyi olumsuz yönde etkileyeceğinden biyogaz üretiminde kullanımı sakıncalıdır. Ayrıca ithalatla gelen hayvan atıkları da bu sınıfa girer ve biyogaz üretiminde kullanılamazlar.
İkinci kategoride yer alan insan tüketimine uygun fakat ticari ekonomikliğe sahip olmayan evsel, restoran ve lokantalardan kaynaklı atıklardır. Ülke dışından gelen atıklar atılar hariç bu ürünler pastörizasyon işleminden sonra biyogaz üretiminde kullanılabilirler.
Üçüncü kategoride ise hayvan gübreleri, işkembe atıkları, bozuk süt ve süt ürünleri, ölü hayvanlar, mezbaha atık sularındaki katı parçacıklar bulunmaktadır. Hayvan
gübresi, süt ve sindirim sistemindeki atıklar dışındaki atıklar 133 oC‟de, 3 Bar basınç
altında 20 dakika arındırma işlemine tabii tutulduktan sonra biyogaz üretiminde kullanılabilir [13,15].
Hayvansal atıkların kuru madde miktarı biyogaz üretim miktarları Tablo 2.5‟te ve bazı organik atıkların özellikleri Tablo 2.6‟da verilmiştir gösterilmiştir.
Tablo 2.2: Hayvan gübresinin yanında ikincil besi kaynağı olarak kullanılan bazı atıkların biyogaz üretim miktarları [16].
Atık Kuru Madde Miktarı (%) Miktarı (% KMM) Uçucu Organik
Biyogaz Üretkenliği (m3/kgUO) Hayvan Kanı 9,7 95 0,65 Homojenleştirilmiş hayvan karkası 33,6 – 38,8 90-93 1,14 İşkembe atıkları 14,3 88,5 0,35 Bağırsak ve mide atıkları 16,5 82,5 0,68
Hayvansal atık yağlar 89-90 90-93 1
Gıda atıkları 26,2 90-97 0,48
Kullanılmış yumurta 27,1 92 0,97
Tablo 2.3: Muhtelif organik atıkların özellikleri ve işletme parametreleri [16].
Atık Türü KMM(%) UO (%) C / N Biyogaz Üretkenliği (m3/kgUO) HBS Oranı CH4 İnek Gübresi 5-12 75-85 6-20 0,2-0,3 20-30 55-75 Tavuk gübresi 10-30 70-80 3-10 0,35-0,6 >30 60-80 Peynir Altı Suyu 1-5 80-95 - 0,8-0,95 3-10 60-80 Fermantasyon çamurları 1-5 80-95 4-10 0,35-0,55 3-10 55-75 Yapraklar 80 90 30-80 0,1-0,3 8-20 - Saman 70 90 90 0,35-0,45 10-50 - Talaş 60-70 99,6 723 - ∞ - Bahçe atıkları 60-70 90 100-150 0,2-0,5 8-30 - Ot 20-25 90 12-25 0,55 10 - Ot slajı 15-25 90 10-25 0,56 10 - Meyve atıkları 15-20 75 35 0,25-0,5 8-20 - Gıda atıkları 10 80 - 0,5-0,6 10-20 70-80
Tablo 2.2 ve Tablo 2.3‟te peynir altı suyu ile diğer atıkların biyogaz üretkenlikleri karşılaştırıldığında peynir altı suyu dördüncü sırada yer almaktadır. Peynir altı
suyunun üretkenliğinin fazla yüksek olmamasının yanı sıra yüksek miktarlarda açığa çıkması ve hidrolik bekleme süresinin kısa olması biyogaz üretimi için hammadde olarak kullanımını etkin kılmaktadır.
2.6. Biyogaz Reaktörleri
Biyogazın yenilenebilir bir enerji kaynağı oluşu ve teknolojinin hızla gelişmesi biyogaz üretim tesislerinin gelişmesinde ve yaygınlaşmasında önemli bir faktördür. Fakat biyogaz üretiminin verimli olabilmesi için iyi bir kontrol gerekir. Biyogaz üretiminin kontrollü bir şekilde gerçekleştirilebilmesi için ise kapalı ortamlara ve müdahale sistemlerine gereksinim duyulmaktadır. Bu sebeple çeşitli reaktör tipleri geliştirilmiştir. Biyogaz reaktörleri olarak adlandırılan bu sistemler çok farklı malzemelerden, farklı geometrik şekillerde ve farklı işletim yöntemlerine sahip olabilirler. Bu reaktör tiplerini aşağıdaki şekilde sıralamak mümkündür.
2.6.1. Anaerobik lagünler
Anaerobik lagünler çevrili birer gölmeçtir. Hayvan gübreleri atıklar bir noktadan girer ve işlenmiş gübre sondan alınır. Sakrofilik şartlarda ya da toprak sıcaklığında süreç gerçekleşir. Bu yüzden reaktörün çalışma verimi mevsimsel değişiklik gösterir. Herhangi bir mekanik karıştırma ya da ısıtma sistemleri yoktur. Gölmeçin üstü gazın güvenli bir şekilde toplanabilmesi için gaz geçirimsiz dokuma ve kaplamalı brandalarla örtülüdür [17]. Şekil 2.4‟te anaerobik lagünlerin basitleştirilmiş akış şeması verilmiştir. Gölmeçin bir tarafından giren organik madde her yeni besleme yapıldığında gölmeç içinde hareket der ve çürütülür. İşi biten ve gazı alınmış organik gübre gölmeçi terk eder. Üretilen biyogaz ise örtülü branda sayesinde hapsedilir ve gerektiğinde sistemden çekilerek kullanılır.
Şekil 2.3: Anaerobik lagün akış şeması [8].
Oldukça basit bir yapıya sahip olan lagünler teknolojisi yetersiz veya gelişmekte olan ülkeler tarafından sıkça kullanılmaktadır. Şekil 2.5‟te Honduras‟ta kurulu bulunan lagün tipi bir biyogaz üretim tesisine ait resim verilmiştir. 2 adet gölmeci bulunan (üzerleri yeşil örtü ile kapalı) tesiste biçilen otlar ve yapraklar organik madde olarak kullanılmaktadır.
Şekil 2.4: Honduras‟ta kurulu bulunan lagün tipi biyogaz tesisi [18].
Bu tür biyogaz üretim reaktörlerinde sıcaklığın düşük olması sistemden elde edilecek gaz miktarının da düşük olmasına sebep olur. Ayrıca yoğunluğu fazla olan partiküller ve çamur dipte çökelir. Bu çamur tabakasına çamur yatağı adı verilir. Bu yataklaşma sonucunda bakterilerin sıvı kısım ile teması sadece sınır tabakasında gerçekleşir. Bu sebeplerden dolayı çürütme ve gaz üretim verimleri düşüktür. Bu olumsuzluklara
rağmen tercih edilmelerinin sebebi yatırım maliyetlerinin düşük olmasıdır. Fakat reaktör tabanında biriken taş, toprak, metal parçaları v.b. maddelerden dolayı periyodik olarak taban temizliği yapılmalıdır [17].
2.6.2. Tam karıştırmalı reaktörler
Anaerobik çürütücülerin en genel yapısını tam karıştırmalı reaktörler
oluşturmaktadır. Organik atıkların veya atık su arıtma ile birçok endüstriyel arıtma tesisinde atıkların biyogaza çevrimi için bu reaktörler kullanılmaktadır. Tam karıştırmalı reaktörler üzerinde karıştırma ve ısıtma sistemi bulunan bir tanktan meydana gelmektedir.
Çoğu tam karıştırmalı reaktörde anaerobik çürütme işlemi mezofilik şartlarda
(36 – 37 oC) gerçekleştirilir. Anaerobik çürütme başlangıcında bakteri oluşunun daha
hızlı olabilmesi için, sığır gübresinin kullanımı faydalıdır. Bu tip reaktörler sakrofolik, mezofilık veya termofilik şartlarda kullanılabilir. Karıştırma ve ısıtma işlemleri ve bu sistemlerin kurulumu fazladan bir takım maliyetleri de beraberinde getirmektedir. İyi bir gaz eldesi için karıştırmanın sürekli gerçekleştirilmesi tavsiye edilmektedir [17].
Bu tip bazı reaktörlerde çürütme işlemi termofilik şartlarda gerçekleştirildiğinde, çevre ile sistem arasındaki sıcaklık farkı fazla olacağından, aynı yalıtım kalınlığında ısı kaybı daha fazla olacaktır. Bu durumda yalıtım kalınlıklarının arttırılması gerekir ki bu da yatırım maliyetlerinin artmasına sebep olacaktır.
Isıtma boruları reaktörün iç çeperleri çevresine karıştırma yönüne ters akış gerçekleşecek şekilde yerleştirilmesi ile daha etkili yapılabilir. Isıtma, istenilen sıcaklıktan belirli derece daha yüksek sıcaklıktaki akışkan ısıtma sisteminde dolaştırılması ile sağlanabilir. Bu işlem için su kullanılması ucuz bir yöntemdir. Isıtma sisteminin tesisatı korozyona dayanıklı metal borular yerine plastik borularla yapıldığında daha ekonomik olacaktır.
Reaktörün imalinde kullanılan yapı malzemeleri ve reaktörün geometrik şekilleri kullanılan bölgelere ve ülkelere göre değişiklik gösterebilir. Amerika Birleşik Devletleri‟nde kullanılan reaktörlerin çapları boylarından daha fazladır ve silindirik şekildedirler. Avrupa kullanılan bazı reaktörlerin şekilleri silindirik ve dikdörtgen şeklinde olabilir. Bazı arıtma tesislerinde biyogaz üretim sürecinde yere gömülü yumurtaya benzeyen sindiricilerde kullanılmaktadır. Bu yumurta şekli tabakalaşmayı engelleyerek karıştırma verimini arttırır. Tam karıştırmalı reaktörler sabit çatılı, kayar çatılı veya gaz toplayıcı membranlı tipte olabilir [17].
Karıştırma işlemi birçok şekilde gerçekleştirilebilir. Gaz kabarcık karıştırma yöntemi, mekanik karıştırma yöntemi veya akış borulu karıştırma şeklinde olabilir. En etkili karıştırma yöntemi mekanik olandır. Tabakalaşmanın önüne geçmek için karıştırma şarttır ve bilhassa yayvan reaktörlerde bu sorun fazlasıyla ortaya çıkmaktadır [17].
Tam karıştırmalı reaktörlerde kullanılan sindiricilere örnek teşkil edecek bir çizim Şekil 2.6‟da verilmiştir.
Sindiricinin içerisine spiral şekilde açık yeşil renkle gösterilen ısıtma boruları yerleştirilmiştir. Sindiricinin üst kısmına karıştırma sistemi tespit edilmiştir. Üst kapakta sıcaklık, pH gibi büyüklükleri ölçebilmek için bağlantı noktaları bırakılmıştır.
Tam karıştırmalı reaktörler gelişmekte olan bir teknolojidir. Özelliklede gübre ve atıkların bir arada kullanımına uygun özelliktedirler. Sistemin karıştırma ve ısıtma sisteminden dolayı yatırım maliyetleri yüksektir. Bunun yanında boşaltım sırasında bir miktar sistemden bakteri kaybı gerçekleşir. Bu sebepten dolayı bakterinin muhafaza edildiği sistemler kadar etkili değildir. Bu reaktör tipinin en büyük avantajı katı partiküllü atıkları hızlı bir şekilde biyogaza çevirmesidir. Hidrolik bekleme süresi kısmen daha uzun sürse de gaz üretimi daha yüksektir. Sistemden son ürün olarak alınan gübrenin tamamına yakını çürütülmüş ve nitratça zenginleştirilmiş olur [17].
2.6.3. Piston akışlı reaktörler
Yapı olarak oldukça basit bir reaktör tipidir. Bu yüzden yatırım maliyetleri tam karıştırmalı reaktörlere göre oldukça düşüktür. Piston akışlı reaktörler dikey ya da yatay olarak çalıştırılabilirler. Aynı zamanda akış yönü de bu şekilde dik ya da yatay doğrultuda olabilir. Biyogaz üretmek için kullanılacak organik madde sistemin bir ucundan girerken işi biten gübre diğer uçtan alınır. Sistemin daha iyi anlaşılabilmesi için yatay çalışan bir piston akışlı reaktöre ait basit şema Şekil 2.7‟de verilmiştir. Bu sindiricilerde bakteri kaçışı önlenemediğinden yeniden bakteri sayısının artışı için belirli bir zaman geçmesi gerekir. Bu sırada organik maddenin bir kısmı bakterilerin çoğalması için kullanılır. Bakteri kaçışının korunduğu sistemlere göre daha az etkindir. Bu yüzden organik maddeden biyogaz üretimi tam karıştırmalı reaktörlere göre daha düşük miktarlarda gerçekleşir [17].
Şekil 2.6 Piston akışlı reaktörün şematik gösterimi [8].
Piston akışlı reaktörlerde katı partikül içeriği çamur yataklaşmasına sebep olur. Yüksek katı içeri bu yüzden sistemde gaz üretimini yavaşlatabilir. Ayrıca reaktöre giren taş, kum, toprak ve metaller zamanla reaktör tabanında birikerek sistem verimini düşürebilir ve bakteri toplulukları için bölgesel inhibisyona sebep olabilir. Bu yüzden belirli aralıklarla temizlenmeleri gereklidir. Bu işlem için reaktörün çalışmasının tamamen sonlandırılması gerekir. Sistem herhangi bir karıştırma ünitesine sahip olmasa da ısıtma sistemi de bulunabilir. Genelde sıcak su borulu ısıtma sistemleri kullanılmaktadır. Bu ısıtma borularının reaktör içindeki çamurla direkt olarak temasta bulunması reaktör temizliği işini güçleştirebilir [17].
2.6.4. Temas reaktörler
Bakteri topluluklarının önemli bir kısmının muhafaza edildiği temas reaktörlerde atık daha hızlı bir şekilde biyogaza dönüştürülür. Temas reaktörler tam karıştırmalı veya piston akışlı tipte olabilir. Mezofilik veya termofilik olarak çalıştırılabilirler. Seyreltik ve konsantre atıkların arıtımını temas reaktörleri ile sağlamak mümkündür [17].
Geçtiğimiz 40 yıl boyunca ayırıcılar çok geniş bir ölçekte denenmiştir. Başlangıçta çöktürücüler ve yoğunlaştırıcılar kullanılmıştır. Daha sonraları katı partiküllere yapışan gaz kabarcıkları yüzünden çökeltme yöntemi ile ayrımın sağlıklı olmadığı görülmüştür. Aktif fermantasyon çürütücülerde gaz kabarcığı taşıyan atık maddelerin ayrıştırıcıda çökmesi yerine yüzdürülmesi tercih edilebilir. Lamel ya da levha ayırıcılar organik atıktan biyogaz üretildikten sonra geriye kalan çamurun konsantre edilmesinde kullanılabilir [17].
Çöktürerek ayırma işlemi ise tam karıştırmalı reaktörlerde kullanılabilir. Tam karıştırmalı reaktörlerde ise tabakalaşma önlenmektedir. Bu yüzden çöktürme işlemi ile ayırım yapmak mümkündür. Fakat bu beraberinde ayırma işlemi için uzun süre beklemeyi gerektirir [17].
Şekil 2.7 Temas reaktör akış şeması [20].
Çöktürme yöntemi ile ayrımı hızlandırabilmek için çeşitli cihazlar geliştirilmiştir. Santrifüjler ve membran ayırıcılar bunlara örnek olarak gösterilebilir. Belirli noktalara kadar bu ayırıcılar başarı ile kullanılabilir. Bu elemanların bakteri topluluklarını ve sistemin etkinliğini engelleyici yönde etki etmektedirler.
Temas sürecinde, dayanıklı organik ve inorganik katıların sistem içinde birikebilir. Birikmiş kum ve parçalanamayan organik lifler katı atık oranını belirlemektedir. İndirgenemeyen katıların sistemden uzaklaştırılması hem bakteriyel kitlenin ve hem de süreç etkinliğinin kaybına neden olur. Anaerobik temas sürecinde mekanik ayırma sistemleri sindirime dirençli katıların uzaklaştırılması için kullanılabilir [17].
2.6.5. Ardışık kesikli reaktörler
Ardışık kesikli reaktör aynı tipte reaktöre ve seperatöre sahip kontak reaktördür. Genelde iki ya da daha fazla reaktör bu iş için kullanılmaktadır. Reaktörler genelde doldur boşalt şeklinde işletilirler. Katı sıvı ayrımı çökeltme yöntemi ile sağlanır.
Laboratuar ölçekli ardışık kesikli reaktörler sığır gübresinin çürütülmesi için kullanılmaktadır [17].
2.6.6. Temas stabilizasyonlu reaktörler
Temas stabilizasyonlu reaktörler temas reaktörlere göre daha etkindirler. Sistemin en önemli özelliği, selüloz gibi parçalanması zor olan organik maddelerin etkili bir şekilde bozulabilmesidir. Organik atıklar ilk önce temas reaktörde indirgenir. Katı sıvı ayrıştırma işlemine tabi tutulduktan sonra katı oranı yüksek kısım ikinci stabilizasyon reaktörüne alınır. Burada yüksek yoğunluktaki biyokütle bozunma işlemine tabii tutulur [17].
2.6.7. Kademeli reaktörler
Kademe ayrımı yapılan reaktörlerde; asit üretiminin gerçekleştirildiği birinci kademe ve metan üretiminin gerçekleştirildiği ikinci kademe şeklinde ayrılır. Biyogaz üretimi birinci kademe ve ikinci kademe birbirine karışmayan fakat bağlı iki reaktörde gerçekleştirilir. Böylelikle asit üretim kademesinde ortamın asitliğinin artması metan bakterilerini etkilememektedir.
Ayrıca asit bakterilerinin üreme ve organik atığı indirgeme hızları metan bakterilerinden daha fazladır. Dolayısıyla birinci kademe reaktör hacmi ikinci kademe reaktör hacminden daha küçüktür. Asit üretim kademesi bulunan reaktörler mevcut reaktör hacminden çok daha yüksek verim alınmasını sağlamaktadır.
Bir diğer kademe ayrımı da birinci kademenin termofilik şartlarda gerçekleştirildiği reaktörlerdir. Ağırlıklı olarak atık suların arıtımında kullanılmaktadır. İkinci kademede mezofilik şartlar geçerlidir. Birinci kademede sıcaklığın yüksek olması patojenlerin imha edilmesine yardımcı olur. Asit üretimi yine birinci kademede termofilik bakteriler tarafından gerçekleştirilir. İkinci kademede ise mezofilik şartlarda çalışan metan bakterileri birinci kademede üretilen organik asitleri metan çevirirler [17].
2.6.8. Hibrit reaktörler
Hibrit reaktörler şu ana kadar bahsedilen reaktör tiplerinin çeşitli kombinasyonlarla bir araya getirilmesi sonucu oluşturulan reaktörlerdir. Atık maddelerin artımında pek çok çeşitli hibrit reaktör kullanımı mevcuttur [17].
2.7. Biyogaz Tesislerinde Proses Kontrolü
Organik atıklardan anaerobik ortamda biyogaz üretim sürecinde birçok faktör biyogaz verimini etkilemektedir. Bunlar; C/N/P oranı, kuru madde miktarı, uçucu organik madde miktarı, hidrolik bekletme süresi, organik yükleme hızı, toksit maddeler, sıcaklık, pH, alkalinite gibi faktörlerdir [21].
2.7.1. Karbon/Azot/Fosfor (C/N/P) oranı
Tüm organik maddeler, hayvan gübreleri, insan atıkları, v.b. belli oranlarda karbon, azot, oksijen ve diğer elementer unsurları içerirler. Organik maddelerdeki karbon, oksijensiz ortam bakterilerinin enerji ihtiyacı için gereklidir. Karbondan başka en önemli besi maddeleri azot ve fosfordur. Azot ve fosfor bakterilerin büyümesi ve çoğalması için gereklidir. Metabolik işlemler için gerekli C/N/P oranı bakteriler için ideal olarak 100-130/4/1 civarında olmalıdır. C/N/P oranı kontrol altında tutulması gereken bir büyüklüktür. Organik maddelerin analiz sonuçlarına göre hangi maddeden ne kadar yükleneceğine karar verilir [8,21].
2.7.2. Organik yükleme hızı
Birim hacim (m3) reaktör başına günlük olarak beslenen organik madde miktarı
olarak tarif edilmiştir. Organik yükleme hızı arttırıldığında asit bakterilerinin metan bakterilerine göre hızlı aktiviteleri sebebiyle, ortam pH‟sı düşer. Bu durumda metan bakterilerinin faaliyetleri olumsuz etkilenir. Metan gazı üretim miktarı düşer. Buna karşın pH‟nın hızlı düşmemesi için organik yükleme hızı düşük tutulursa bu sefer yeterli metan üretimi sağlanamayacaktır. Bu sebeple organik yükleme hızının optimum miktarı belirlenirken dikkatli olunmalıdır [21].
2.7.3. Sindirici sıcaklığı
Metan bakteriler çok yüksek ve çok düşük sıcaklık şartlarında aktif değildirler. Biyokimyasal reaksiyonlar ve mikroorganizmaların büyümesi sıcaklık artışı ile artar. Metan oluşturucu bakteriler sıcaklık değişimine karşı çok hassastırlar. Biyoreaktörlerde biyokimyasal reaksiyon esnasında aşağıdaki sıcaklık aralıkları korunmalıdır.
Sakrofilik sıcaklık aralığı < 12 - 20 o
C, Mezofilik sıcaklık aralığı 35 - 40 o
C Termofilik sıcaklık aralığı 40 - 65 oC
Mikroorganizmalar belli sıcaklık aralığında optimum büyüme sağlarlar. Biyokimyasal reaksiyonla metan üretim hızı, sıcaklık artışı ile artar. Termofilik sıcaklık şarlarında mezofilik sıcaklık şartlarına göre biyokimyasal reaksiyonlar daha hızlı gerçekleşir. Termofilik şartlarda metan üretim hızı mezofilik şartlara göre 2 kat daha fazladır. Dolayısıyla reaktör hacmi mezofilik şartlara göre yarı yarıya daha küçüktür. Termofilik şartlarda mezofilik şartlara göre aynı hidrolik bekleme süresinde daha yüksek organik yükleme yapılabilir. % 15,8 katı madde içeren hayvan gübresi termofilik şartlarda çalışan bir reaktörde çürütülürken gerekli hidrolik bekleme süresi 6,3 gün iken mezofilik şartlarda bu süre 10,4 gündür. Ancak biyosindirici termofilik şartlarda çalıştırmak için ilave ısıya ihtiyaç vardır. Yüksek sıcaklıkta çalışıldığı zaman serbest amonyak miktarı sıcaklık artışı ile arttığı unutulmamalıdır. Buda biyosindirici performansını olumsuz yönde etkileyebilir hatta verimliliği azaltabilir [8,21].
2.7.4. pH ve alkalinite
Oksijensiz biyogaz üretim tesislerinde pH temel proses kontrol parametrelerindendir. Metan bakterileri pH değişimine hassastırlar ve buna bağlı olarak da, metan üretimindeki aktivasyonları değişiklik göstermektedir. Metan gazının hidrojen veya asetik asit kullanılarak meydana gelme yüzdeleri pH değişimi ile farklılık gösterir. Özellikle devreye giriş sırasında, ara ürün olarak uçucu yağ asitlerinin oluşması
ortamın pH değerini düşürmektedir. Ayrıca organik yükün artması da pH düşümüne yol açmaktadır. Metan üreten bakterilerin aktivasyonu için en uygun pH aralığı 6,8 ile 7,4 olduğundan, sistemde pH ölçümü yapılmalı kritik durumlarda organik yük azaltılmalı veya tampon maddesi ilavesi ile pH dengelenmelidir.
Tamponlama kapasitesi genellikle alkaliniteye bağlıdır. Alkalinite CO2 ve HCO3
(bikarbonat) iyonlarının dengesi olup pH‟daki ani ve kalıcı düşümlere tamponlama etkisi yapar. Dolayısıyla tamponlama kapasitesi bikarbonat iyonlarıyla orantılıdır. Reaktörün kararsız halinin tespiti için pH‟ya göre daha güvenilir bir parametre olup, uçucu yağ asitlerinin oluşumuyla pH düşümü tamponlama kapasitesi kadar engellenecek veya gecikecektir.
Yetersiz tamponlama kapasitesinin artması için yapılacak en kolay yöntem organik yükleme miktarının düşürmek yada kuvvetli baz ve karbonat tuzu eklenmesidir. Baz
eklenmesiyle CO2 gaz ortamından ayrıştırılarak HCO3 (bikarbonat)‟e dönüştürülür
veya bikarbonat direkt olarak eklenebilir. Direkt bikarbonat eklenmesi daha doğru
olacaktır çünkü CO2‟nin bikarbonata dönüşümü gaz dengesi açısından zaman alan
bir işlemdir [21].
2.7.5. H2S kontrolü
Oksijensiz biyogaz sistemlerinde elde edilen biyogazın bileşenleri % 60 – 75 metan,
% 40 – 25 karbondioksit, az miktarda H2S ve diğer gaz bileşenleridir. Bu
bileşenlerden özellikle H2S istenmeyen zararlı bir gazdır. Sülfatların indirgenmesi
veya proteinlerin parçalanması sonucu ortaya çıkan H2S hem toksik, hem de korozif
niteliktedir. Ayrıca, gazdaki H2S istenmeyen kötü kokulara neden olmaktadır.
Biyogazın yakılması durumunda H2S‟nin SO2‟ye oksitlenmesi ile koku problemi
azalmaktadır. Ancak, bu durumda da hava kirletici parametre olan SO2 meydana
gelmektedir. Bu nedenle, biyogaz tesislerinde H2S oluşumu her zaman ölçülmeli ve
2.7.6. Toksisite
Mineral iyonlar, ağır metaller ve deterjanlar anaerobik biyogaz tesislerinde, mikroorganizmaların büyümelerini engelleyerek toksik etki yaparlar. Az miktarda mineral iyonlar (sodyum, potasyum, kalsiyum, magnezyum, amonyum ve kükürt) bakterilerin büyümeleri geliştirirken ağır metaller ve amonyum bakteriler üzerinde toksik etki yapar. Benzer şekilde bakır, nikel, krom, çinko, kurşun gibi ağır metaller çok düşük yoğunluklarda bakterilerin gelişmesinde olumlu etki, yüksek konsantrasyonlarda ise toksik etkisi yaparlar [21].
3. LİTERATÜR TARAMASI
Ergüder ve arkadaşları yukarı akışlı çamur yataklı reaktörde anaerobik bozunma ve metan üretim potansiyeli isimli çalışmalarında kesikli reaktörde peynir altı suyu ile anaerobik ortamda metan üretim potansiyelini incelemiştir. Ayrıca kesikli anaerobik arıtımda besin ve iz metal ilavesinin etkileri ve peynir altı suyunun yüksek hızlı anaerobik arıtımı, yukarı akışlı anaerobik çamur yataklı reaktörde incelenmiştir. Bu deney için tek ve iki kademeli, tanecik kültürlü, yukarı akışlı çamur yataklı reaktörler kullanılmıştır. Yukarı akışlı çamur yataklı reaktörde yapılan deneylerinde süreç aşamalarının önemi, hidrolik bekleme süresi gibi işletme parametreleri, kimyasal oksijen ihtiyacı (KOİ) ve yükleme hızı ayrıca incelenmiştir. Peynir altı suyundan metan üretimi çalışmasında 424 ml CH4/g KOİ (23,4 lt CH4/lt peynir altı suyu)
değeri elde edilirken, seyreltilmemiş peynir altı suyu göreceli olarak daha düşük hidrolik bekleme süresi değerleri ile anaerobik bozunma sırasında sistem
kararlılığında kayda değer bir değişiklik olmadan biyogaz üretimi
gerçekleştirilebilmiştir. 2 – 3 gün kadar az bir hidrolik bekleme süresinde peynir altı suyunun (42700 ± 141 mg/lt) – (55100 ± 283 mg/lt) konsantrasyonlarında KOİ içerdiği ve % 95 – 97 oranında KOİ giderme etkinliği ile arıtım yapılabildiği sonucuna varılmıştır [22].
Kavacık ve arkadaşının yaptığı çalışmada 25 ve 34 oC‟de peynir altı suyu ve inek
gübresinin çeşitli karışımlarının günlük miktarı, metan üretim miktarı, KOİ giderimi, Toplam katı madde ve uçucu yağ asidi incelemeleri yapılmıştır. Deneysel çalışmada iki farklı kuru madde oranında (% 8 ve % 10) çalışılmıştır. Hidrolik bekleme süresi 5, 10 ve 20 gün tutulmuştur. Bozunma etkinliği ve Biyogaz üretim miktarı her bir
hidrolik bekleme süresi için hesaplanmıştır. En fazla biyogaz üretimi 34 oC‟de % 8
kuru madde miktarı ile 5 günlük hidrolik bekleme süresinde, günde 1,510 m3
/m3 olarak elde edilmiştir. Hidrolik bekleme süresi 10 gün % 8 kuru madde miktarı ve
34 oC sıcaklıkta; katı madde giderimi, uçucu katı madde giderimi ve en çok KOİ
Liao ve arkadaşlarının yaptığı çalışmada ise; peynir altı suyu 17,5 litrelik laboratuar ölçekli yukarı akışlı anaerobik çamur yataklı reaktörde hidrolik bekleme süresi incelemesi ve organik yük arıtımı gerçekleştirilmiştir. Reaktörün performansı uçucu yağ asidi içeriği ve KOİ‟ye göre metan üretimi üzerinden hesaplanmıştır. Sabit beslemede metan üretim oranı (lt CH4/g KOİ gün) hidrolik bekleme süresinin düşmesiyle azalma göstermiştir. Bu sürenin uzatılması ile metan üretim miktarında bir artış gözlenmiş ve 28,8 g KOİ/lt ye kadar çıkmıştır. Metan üretim oranı 9,57 litre
CH4/günlük besleme (5,96 g KOİ/lt ) ve 28,8 KOİ/litre. % 98‟lik KOİ azalması ile
yüksek bir arıtım etkinliği tespit edilmiştir. Sonuçta yukarı akışlı reaktörde kirlilik giderimi ve enerji üretimi için peynir fabrikalarında kullanılabilir sonucuna varılmıştır [24].
Ghaly‟nin yaptığı çalışmada iki fazlı reaktörde karşılaştırmalı olarak peynir altı suyundan ve inek gübresinden metan üretimi gerçekleştirilmiştir. İki fazlı sistem performansı, karıştırmasız 155 litrelik anaerobik çürütücüde değişik sıcaklıklarda ve hidrolik bekleme sürelerinde araştırılmıştır. Peynir altı suyunun bozunmasında biyogaz üretimi ve kirlilik düşüm potansiyeline metanojenik fazda pH kontrolünün etkisi incelenmiştir. Sıvı - katı faz ayrımına göre tasarlanan reaktör, mikrobiyal kütlenin arttırılması için üç farklı hidrolik bekleme süresinde çalıştırılmıştır. (10 – 15 ve 20 gün) ve sıcaklık 25 – 35 oC arasında tutulmuştur. Peynir altı suyu ve inek gübresi karışımıyla, tek fazlı sistemde pH‟ın kontrol altında tutulmadığı reaktörde ve iki fazlı süreçte metan fazında pH kontrolü olacak şekilde, reaktörler çalıştırılmıştır. pH kontrolünün yapılmadığı tek fazlı sistemin olabilirliği şüpheli olmasına rağmen metan fazında pH kontrolü biyogaz üretim miktarını ve yüzdesini arttırırken KOİ istenilen oranda azaltmış ve katı madde yüzdesini 2,7 – 3 aralığına çekmiştir. İnek gübresi ve peynir altı suyu aynı kuru madde miktarına sahip olmasına rağmen pH‟ının 5,7 – 6 civarlarında olduğu görülmüştür. Sistemin pH‟ının 7 civarına çekilmesi ile metan üretimini arttıracağı belirtilmiştir [25].
Sözer ve Yaldız‟ın çalışmasında; süt sanayisi atığı olan peynir altı suyu ve sığır gübresi çeşitli oranlarda karıştırılarak biyogaz üretimleri saptanmıştır. Denemeler 15 günlük hidrolik bekleme süresinde, 37ºC sıcaklıkta, sürekli akışlı laboratuar tipi biyogaz üreteçlerinde gerçekleştirilmiştir. Sığır gübresinin organik kuru madde
miktarı peynir altı suyununkine eşitleninceye kadar çeşme suyu ile seyreltilmiştir. Denemede saf sığır gübresi, sığır gübresine % 5, 10, 20, 40, 50 ve 75 oranlarında peynir suyu katılmış karışımlar kullanılmıştır. Deneme sonuçlarına göre en yüksek biyogaz üretimi % 50 peynir suyu, % 50 sığır gübresi karışımından 25,47 lt/gün olarak saptanmıştır [26].
Comino ve arkadaşları; pilot ölçekli anaerobik sindiricide inek gübresi ve peynir altı suyu karışımlarından biyogaz üretimi için pilot ölçekli anaerobik çürütücü geliştirilmesi adı altında yaptıkları çalışmada; 128 lt hacme sahip alttan beslemeli ve karıştırmalı bir reaktör tasarlanmıştır. Çürütücü performansı iki kalibrasyon testine tabi tutulmuştur. İlk aşamada 56 günlük bir çalışma yapılmıştır. Bu testte üç
kademede çalışılmıştır. Birinci kademede 57 lt CH4/kg UO, ikinci kademede
86,6 lt CH4/kg UO ve üçüncü kademede ise 67 lt CH4/kgUO değerleri elde
edilmiştir. Toplam metan üretimi 211,4 lt CH4/kg UO olarak belirlenmiştir [27].
Lo ve Liao‟nun yapmış olduğu bir diğer çalışmada ise, tam kapasite çalışan laboratuar ölçekli anaerobik dönel biyolojik temas reaktöründe peynir altı suyu 35 ° C‟de, 11 günden 5 güne kadar düşürülen hidrolik besleme sürelerinde deneyler
yapılmıştır. Bu hidrolik bekleme sürelerinde 3,26 lt CH4/lt ile 1,68 lt CH4/lt arasında
değişen biyogaz üretim miktarları elde edilmiş ve % 76 – 93 oranında KOİ düşüşü sağlanmıştır. 5 günden daha az olan hidrolik bekleme sürelerinde sistemde denge sağlanamamıştır. İki kademeli fermantasyon sisteminde de çalışmalar yapılmış ve sonucunda; % 89,5 KOİ indirgemesinin sağlanabileceği belirlenmiştir [28].
Yılmazer ve Yenigün peynir altı suyunun iki kademeli anaerobik sistemde çürüme performansı, asitojenik reaktör olarak kullanılan sürekli karıştırmalı tank reaktörde ve metan üretimi için kullanılan yukarı akışlı anaerobik filtrede incelenmiştir. Asitojenik reaktörde hidrolik bekleme süreleri 3/4 – 4 gün arasında olacak şekilde çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Sonuçlarda, organik yükleme hızı sabit kalmak şartı ile optimum hidrolik bekleme süresi 0,5 – 2 g KOİ/MLSS gün ile 1 gün olarak belirlenmiştir. Bu bekleme süresinde asitleşme hızı maksimum % 50‟ye kadar artmıştır. 1 günlük hidrolik bekleme süresinde oluşan uçucu yağ asitlerinin % 52‟sini asetik asit, % 14‟ünü propionik asit, % 27‟sini bütirik ve % 7‟ sini valerik asit
oluşturmaktadır. 3 – 6 gün arasındaki hidrolik bekleme sürelerinde en iyi KOİ giderimi ve metan üretimi sağlanmıştır. 4 günlük hidrolik bekleme süresinde % 90
KOİ giderimi elde edilmiş ve 0,55 m3/kg KOİ biyogaz üretilmiştir [29].
Demirer ve arkadaşlarının yaptığı başka bir çalışmada peynir fabrikası atık sularından, tavuk üretim çiftliği atıklarından ve zeytinyağı fabrikalarından çıkan atık sulardan 50 litrelik laboratuar ölçekli tek kademeli reaktörlerde deneyler
gerçekleştirilmiştir. Çalışma sonucunda; 14 gün katı bekleme süresi ve 35 o
C sıcaklıkta peynir fabrikası atık suları ile 23,4 lt CH4/lt atık su, metan gazı üretimi
gerçekleştirilmiştir. Peynir fabrikası atık suları ile üretilen biyogazın metan verimi %77 olarak ölçülmüştür [30].
Kavacık‟ın yaptığı tez çalışmasında peynir altı suyu ve sığır gübresi karışımının 26 litrelik bir anaerobik reaktörde, farklı alıkonma sürelerinde ( hidrolik bekleme süresi; 5, 10 ve 20 gün ) ve değişik katı madde oranlarında anaerobik kofermantasyonu araştırılmıştır. Deneysel çalışmalarda iki farklı katı madde oranı ( % 8 ve % 10 ) ve
iki farklı sıcaklıkta ( 25 ve 34o
C ) çalışılmıştır. Hidrolik bekleme süresinin artışıyla günlük biyogaz üretiminin azaldığı belirlenmiştir. Ancak metan üretim oranı hidrolik bekleme süresiyle kayda değer bir değişiklik göstermemiştir. En fazla gaz üretimi, katı madde, uçucu katı madde ve KOİ giderim verimleri 34 oC sıcaklıkta % 8 katı
madde içeren karışımdan elde edilmiştir. Maksimum günlük gaz üretimi 5 günlük
hidrolik alıkonma süresi ve 34 oC sıcaklıkta 31,2 lt/gün, maksimum katı madde
giderim verimi 10 günlük hidrolik alıkonma süresinde % 49,5 , uçucu katı madde giderim verimi % 49,4 ve maksimum KOİ giderim verimi % 54 olarak saptanmıştır. Tüm sürekli deneylerde biyogaz içindeki metan yüzdesi % 60 ± 1 olmuştur [31]. Yiğit‟in yaptığı tez çalışmasında da, Atatürk Orman Çiftliği Peynir Üretim Tesisleri‟nden alınan ve başlangıçta 70000 mg KOİ/lt değerinde organik yüke sahip olan peynir altı suyunun yukarı akışlı çamur yataklı anaerobik reaktörlerde arıtılabilirliği ve biyogaz üretimi için uygun koşullar araştırılmıştır. Peynir altı sularında 1/20, 1/10, 1/5, 1/4, 1/3 ve 1/2 oranında seyreltmeler yapılarak besleme olarak kullanılmış ve bu parametrelerin biyogaz üretimi üzerine olan etkileri incelenmiştir.
