• Sonuç bulunamadı

ASİDİK ÖNİŞLEMLERİN TAVUK GÜBRESİNDEN BİYOGAZ ÜRETİM VERİMİNE ETKİLERİ

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2022

Share "ASİDİK ÖNİŞLEMLERİN TAVUK GÜBRESİNDEN BİYOGAZ ÜRETİM VERİMİNE ETKİLERİ"

Copied!
12
0
0

Yükleniyor.... (view fulltext now)

Tam metin

(1)

TMMOB Çevre Mühendisleri Odası

ÇEVRE MÜHENDİSLİĞİ KONGRESİ

ASİDİK ÖNİŞLEMLERİN TAVUK GÜBRESİNDEN BİYOGAZ ÜRETİM VERİMİNE ETKİLERİ

Fadime TANER (1) , İlker ARDIÇ (2)

(1) Prof. Dr., Mersin Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Mühendisliği Bölümü, Çiftlikköy/MERSİN, Tel: 0 324 361 00 86, fadimetaner@yahoo.com, (2) YL, Mersin Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Çevre Mühendisliği Bölümü,

Çiftlikköy/MERSİN, Tel: 0 324 341 11 82, ardicilker@hotmail.com

ÖZET

Termal, asidik kimyasal ve asidik termokimyasal önişlemlerin, tavuk gübresindeki katının suda çözünürlüğü ve tavuk gübresinin biyogaz ve metan üretim verimine etkileri araştırılmıştır.

Önişlemler, tavuk gübresinin kütlece % 10 katı madde içeren sulu karışımlarına, karışımdaki katı maddenin % 10, %15 ve %20’si kadar sülfürik asit (H2SO4) eklenerek ve kimyasal madde kullanmadan, oda sıcaklığında ve suyun normal kaynama sıcaklığında, bir ve ikişer saat sürelerde uygulanmıştır. Önişlemlerden sonra karışımlar cam pamuğundan süzülmüş, suda çözünmüş miktarları gravimetrik olarak saptanarak, katı maddenin kütlece yüzdesi olarak hesaplanmıştır. Elde edilen sulu fazlara 30 oC’de, pH=6-7’de ve 30 günlük süreyle anaerobik işlem uygulanmıştır.

Çalışma sonunda, maksimum suda çözünürlük (kütlece % 40.93) katı maddenin kütlece % 20’si kadar H2SO4 eklenip, iki saat termokimyasal önişlemden elde edilmiştir. Maksimum suda çözünürlüğün elde edildiği asidik termokimyasal önişlemden 120.45 mLbiyogaz/gKM (%

56.48 CH4) üretilirken, kimyasal madde kullanılmadan yapılan, iki saatlik termal önişlemden 115.62 mLbiyogaz/gKM (% 58.07 CH4) üretilmiş ve tavuk gübresinden biyogaz ve metan üretim verimlerinde asidik termokimyasal önişlemlerin etkili olduğu belirlenmiştir.

Anahtar kelimeler: tavuk gübresi, asidik önişlem, suda çözünürlük, biyogaz

ABSTRACT

In this study, to increase the water solubility of solid fraction of chicken manure via thermal, chemical and thermochemical acidic pretreatment have been investigated.

The aqueous slurries of the chicken manure (10 % by mass) have been treated with H2SO4 (10

%, 15 % and 20 % by mass of the solid) and without chemicals, at room temperature and at boiling temperature of water for one and two hours separately. The percentages of water solubility of solid chicken manures were determined gravimetrically by filtering the aqueous mixtures with glass wool.

From the results it was found that the maximum water solubility of 40.93 % by mass was found from the acidic thermochemical pretreatment with 20% H2SO4 by mass of solid chicken manure, for two hours and concluded that the acidic thermochemical pretreatment of chicken manure increases the water solubility of chicken manure.

Key words: poultry manure, acidic pretreatment, water solubility, biogas

(2)

1. GİRİŞ

Anaerobik işlemler, günümüzde katı atıkların değerlendirilmesi ve fosil yakıtların kullanımına alternatif olarak, yenilenebilir ve çevre dostu enerji üretiminde kullanılmaktadır. Anaerobik İşlem sonucu oluşan biyogaz ise %50-80 CH4 (metan) ve % 20-50 CO2 (Karbon Dioksit) ve çok az miktarlarda Hidrojen, Karbon Monoksit ve Hidrojen Sülfür gibi diğer gazlardan oluşmaktadır (Speece, R.E., 1996). Oluşan biyogaz önemli bir gaz yakıt olarak (Staffort, D.A., at all,. 1980) işletmelerin enerjilerini karşılayabileceği gibi boru hatlarıyla konutlarda da kullanılabilecek, ayrıca çıkan atıklar da tarımsal faaliyetlerde gübre olarak kullanılabilecektir (Hanse, M. T., 2000).

Bununla beraber atıkların bu işlemlerle arıtılabildiği ancak kullanılan hammaddenin biyolojik olarak parçalanabilirliğine bağlı olmakta ve bu da biyogaz ve metan üretim verimlerini etkilemektedir. Büyük molekül yapıdaki maddeler mikroorganizmalar tarafından daha zor ve uzun sürede parçalandığından, anaerobik sistemlerde reaktöre beslenen hammaddedeki katı madde oranı ve hammaddenin yapısı sistem verimini sınırlayan etken olmaktadır (Lay J.J. at all, 1997). Anaerobik sistemlerde maksimum biyogaz üretim veriminin, reaktöre verilen hammaddedeki katı maddenin kütlece % 6 ile % 10 arasında olduğunda gerçekleştiği ve metan üretim verimin, katı madde oranı % 12’den fazla olması durumunda ise düştüğü bilinmektedir(Desai M. at all, 1994).

Anaerobik işlem verimini artırmak amacıyla uygulanan yöntemlerden birisi, kullanılan hammaddeye fiziksel, kimyasal ve biyolojik önişlemler uygulanarak, hammaddenin suda çözünmüş forma dönüştürülerek anaerobik reaktörlere beslenmesi gelmektedir. Bu yolla, sistemdeki organik maddeler suda çözünmüş hale dönüştüğünden, aynı reaktör hacmine daha fazla organik madde verileceğinden ve bu maddelerin mikroorganizmalar tarafından daha kolay parçalanabileceğinden biyogaz ve metan üretim verimleri artacağı gibi, reaktörde köpük oluşumu da engellenecektir. Bu önişlemlerin başında ise termokimyasal önişlemler gelmektedir. Yapılan çalışmalarda, termokimyasal önişlemler ile arıtma çamuru (Sawayama, S. at all, 1995; Sawayama, S. at all, 1996; Penaud, at all, 1999), kağıt atıklar (Clarkson and Xiao, 2000), ve tarımsal atıklarda (Taner and Ardic, 2002a; Taner and Ardic 2002b; Taner, F.

at all, 1998), hammaddenin suda çözünürlüğünün ve böylece de anaerobik işlem veriminin arttırılabileceği belirtilmektedir.

Bu çalışmada, H2SO4 kullanılarak taze tavuk gübresindeki katı maddenin asidik kimyasal ve asidik termokimyasal önişlemlerin, tavuk gübresindeki katı maddenin suda çözünürlüğüne ve anaerobik biyolojik parçalanabilirliğine etkileri araştırılmıştır.

2. METARYAL METOD 2.1. Hammadde

Çalışmada, yumurta tavukçuluğu yapan çiftlikten (Zümrüt Yumurta) alınmış taze tavuk gübresi kullanılmıştır.

2.2. Hammaddeye uygulanan analizler

Analizler yapılmadan önce homojenliğin sağlanması amacıyla hammadde iyice karıştırılmış ve nem ve kül analizleri standart metotlara (APHA, 1985), göre yapılmıştır. Nem ve kuru madde analizleri numune 70 oC’de sabit tartıma gelene kadar etüvde kurutularak gravimetrik olarak saptanmış, nem ve kuru madde içerikleri toplam madde üzerinden kütlece % olarak hesaplanmıştır.

Uçucu madde ve kül analizleri kül fırınında 550 oC’de 2 saat bekletilerek yapılmış, uçucu madde ve kül içerikleri gravimetrik olarak saptanarak ve kuru madde üzerinden hesaplanmıştır. Yapılan analizler üç paralelli olarak yürütülerek hesaplamalarda sonuçların ortalamaları kullanılmıştır.Çalışmada kullanılan hammaddenin özellikleri Çizelge 1.’de

(3)

Çizelge 1. Çalışmada Kullanılan Tavuk Gübresinin Özellikleri

Özellik Değer

Nem (Kütlece %) 78.96

Toplam Katı Madde(Kütlece %) 21.04

Uçucu Katı Madde (Kütlece Nemsiz %) 64.35

Kül (Kütlece Nemsiz %) 35.65

Çizelge 1.’de görüldüğü gibi hammaddenin nemi ve katı maddenin külünün yüksek oluşu hammaddenin doğrudan yakılmasını engellemektedir. Ancak organik madde ve nemin yüksek oluşundan hammaddenin biyogaz üretiminde kullanılabileceği görülmekte, biyogaz üretiminde de doğrudan kullanılamayan katı madde derişiminin yüksek oluşu hammaddeye biyogaz üretim verimini artırıcı işlemlerin uygulanmasını gerektirmektedir.

2.3. Hammaddeye uygulanan ön işlemler

Önişlemler, orijinal tavuk gübresinin kütlece % 10 katı madde içeren sulu karışımlarına uygulanmıştır. Önişlem uygulanacak karışımlardan, oda sıcaklığında (OS) işlem yapılacaklar 100 mL’lik beherlerde, suyun normal kaynama sıcaklığında (SNKS) işlem yapılacaklar ise 250 mL’lik rodajlı erlenlerde, her bir beher ve erlene 20’şer gram gübre tartılarak üzerine, karışımda %10 katı madde olacak şekilde saf su eklenerek hazırlanmıştır.

Hazırlanan karışımlara değişen derişimleri sağlayacak biçimde, asit (H2SO4) eklenerek, bir ve ikişer saatlik sürelerde önişleme tabii tutulmuştur.

Çalışmada kontrol olarak, orijinal tavuk gübresinin kütlece % 10 katı madde içeren sulu karışımlarından, kimyasal madde kullanılmadan, OS’da ve SNKS’da bir ve ikişer saat önişlemler uygulanmış karışımları kullanılmıştır.

2.3.1. Asidik kimyasal önişlemler

Asidik kimyasal önişlemler tavuk gübresinin kütlece % 10 katı madde içeren sulu karışımlarına;

• karışımdaki katı maddenin kütlece %10’u olacak şekilde H2SO4 eklenerek,

• karışımdaki katı maddenin kütlece %15’i olacak şekilde H2SO4 eklenerek,

• karışımdaki katı maddenin kütlece %20’si olacak şekilde H2SO4 eklenerek, oda sıcaklığında, bir ve iki saat işlem sürelerinde yapılmıştır.

2.3.2. Asidik termokimyasal önişlemler

Asidik termokimyasal önişlemler, tavuk gübresinin kütlece % 10 katı madde içeren sulu karışımlarına;

• karışımdaki katı maddenin kütlece %10’u olacak şekilde H2SO4 eklenerek,

• karışımdaki katı maddenin kütlece %15’i olacak şekilde H2SO4 eklenerek,

• karışımdaki katı maddenin kütlece %20’si olacak şekilde H2SO4 eklenerek, suyun normal kaynama sıcaklığında, bir ve iki saat, geri soğutucular altında kaynatılarak yapılmıştır.

Hammaddeye uygulanan asidik kimyasal ve asidik termokimyasal önişlemler, önişlem süreleri ve önişlem sıcaklıkları Çizelge 2.’ de verilmiştir.

(4)

Çizelge 2. Hammaddeye Uygulanan Önişlemler

Önişlem

No İŞLEMLER İşlem

süresi (h)

İşlem Sıcaklığı

(oC)

1 Katı maddenin kütlece % 10’u kadar H2SO4 1 25.5

2 Katı maddenin kütlece % 10’u kadar H2SO4 1 NKN

3 Katı maddenin kütlece % 10’u kadar H2SO4 2 25.5

4 Katı maddenin kütlece % 10’u kadar H2SO4 2 NKN

5 Katı maddenin kütlece % 15’i kadar H2SO4 1 25.5

6 Katı maddenin kütlece % 15’i kadar H2SO4 1 NKN

7 Katı maddenin kütlece % 15’i kadar H2SO4 2 25.5

8 Katı maddenin kütlece % 15’i kadar H2SO4 2 NKN

9 Katı maddenin kütlece % 20’si kadar H2SO4 1 25.5

10 Katı maddenin kütlece % 20’si kadar H2SO4 1 NKN

11 Katı maddenin kütlece % 20’si kadar H2SO4 2 25.5

12 Katı maddenin kütlece % 20’si kadar H2SO4 2 NKN

13 % 10 katı madde içeren sulu karışım 1 25.5

14 % 10 katı madde içeren sulu karışım 1 NKN

15 % 10 katı madde içeren sulu karışım 2 25.5

16 % 10 katı madde içeren sulu karışım 2 NKN

2.4. Suda çözünürlüğün saptanması

Çalışmada, katı maddeyi sulu fazdan ayırmak için, cam pamukları kullanılmıştır. Cam pamuğundan süzme işlemi, 500 mL’lik erlenlerin üzerine, içlerine cam pamuğu yerleştirmiş huniler kullanılarak yapılmıştır.

Önişlem uygulanmış kütlece % 10 katı madde içeren sulu karışımlar ilk önce cam pamuğu kullanılarak süzülmüş ve cam pamuğunda suda çözünmüş madde kalmaması için saf suyla yıkanıp, sulu fazın toplam hacmi belirlenmiştir. Karışımların süzülmesinden ve iyice saf su ile yıkamadan sonra hunilerdeki cam pamukları, tekrar kendi petri kaplarına konularak 70 oC’ye ayarlanmış etüvde sabit tartıma gelinceye kadar kurumaya bırakılmıştır.

Cam pamuğunda kalan kurutulmuş katı madde miktarı gravimetrik olarak saptanmıştır.

Süzülerek elde edilen sulu fazdaki çözünmüş katı madde miktarı; başlangıçta kullanılan katı madde miktarından, cam pamuğunda kalan katı madde miktarı farkından saptanarak, başlangıçtaki katı maddenin kütlece suda çözünen yüzdeleri hesaplanmıştır. Suda çözünürleştirme işleminden sonra elde edilen sulu fazın toplam hacimleri saptanmış ve suda çözünen madde derişimleri hesaplanmıştır. Önişlemlerden elde edilen sulu fazlar anaerobik işlemlerde kullanılmıştır.

2.5. Anaerobik İşlemler

Anaerobik işlem çalışmalarında, gaz üretimi, kesikli anaerobik reaktör olarak 125 mL’lik serum şişelerinde, 50 mL numune kullanılarak yapılmış ve çalışmalar 30 oC’ye ayarlanmış etüvde, pH=6-7’de ve 30 günlük sürede yürütülmüştür. Sulu fazlar anaerobik işlem uygulamadan önce tavuk gübresinin % 10 katı madde içeren sulu karışımının süzülmesi ile elde edilen sulu fazdan 2’şer mL ile aşılanmıştır.

Anaerobik işlem süresince, tüm sulu fazlarda üçer gün arayla gaz ölçümü yapılmış, üretilen gaz, gaz toplama büretinde toplanıp gazın hacmi ölçüldükten sonra % 33’ lük KOH çözeltisinden geçirilerek biyogazdaki CO2 tutulmuş, KOH çözeltisinden geçen gaz başka bir

(5)

toplama büretinde toplanarak metan miktarı ölçülmüştür. Gaz ölçüm sonuçları STP’de ve ölçüm yapılan sıcaklıkta suyun buhar basınçları çıkartılarak kuru gaz olarak hesaplanmıştır.

Anaerobik işlemler % 10 katı madde içeren sulu tavuk gübresi karışımı içinde uygulanmıştır.

3. BULGULAR TARTIŞMA

3.1. Suda çözünürlük bulguları ve tartışma

Tavuk gübresindeki katı maddenin asidik önişlemlerden sonraki suda çözünürlükleri Şekil 1’de verilmiştir. Şekil 1’de görüldüğü gibi, asidik kimyasal ve asidik termokimyasal önişlemlerde, tavuk gübresindeki katı maddenin suda çözünürlüğü, önişlem süresi ve önişlem sıcaklıklarındaki artışlarla artmaktadır. Tavuk gübresindeki katı maddenin suda çözünürlüğü ile ilgili bulgular ve yorumlar, kullanılan asit miktarına göre alt başlıklar halinde verilmiştir.

31,74 37,19

34,12 37,53

35,62 36,09 35,06

38,33 37,80 38,38 37,44

40,93

22,63 31,80

23,41 33,23

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Hammaddeye uygulanan önişlemler

Suda Çözünürlük (%)

Şekil 1. Asidik Önişlemlerin Tavuk Gübresindeki Katı Maddenin Suda Çözünürlüğüne Etkileri

3.1.1. % 10 H2SO4 kullanımının suda çözünürlüğe etkileri

Tavuk gübresinin, kütlece % 10 katı madde içeren sulu karışımlarına, karışımdaki katı maddenin kütlece % 10’u kadar asit (H2SO4) kullanılarak yapılan önişlemlerde, tavuk gübresindeki katı maddenin maksimum suda çözünürlüğü (kütlece % 37.53), 2 saatlik asidik termokimyasal önişlemden elde edilmiştir. Önişlem süresindeki artışla tavuk gübresindeki katı maddenin suda çözünürlüğü artmaktadır. Kimyasal madde kullanılmayan önişlemlerde, işlem süresindeki artışla suda çözünürlükte % 3 artış sağlanırken, asit eklenerek yapılan önişlemlerde % 7’lik bir artış sağlanmıştır. Buradan da, tavuk gübresindeki katı maddenin suda çözünürlüğünde, asidik kimyasal önişlemlerin, kimyasal madde kullanılmadan yapılan önişlemlerden daha etkin olduğu görülmektedir (Şekil 1.). Bununda gübrede bulunan veya yemden karışan nişastanın hidrolizinden kaynaklandığı anlaşılmaktadır. Bilindiği gibi asidik ortamda nişastadaki α (1-O-4) bağının kopması ve nişastanın suda çözünen şekerlere dönüşümü kolay olmaktadır (Whistler at all,., 1984).

% 10 asit kullanılarak yapılan kimyasal ve termokimyasal önişlemlerde, suda çözünürlüğün artırılmasında, işlem sıcaklığındaki artışın etkin olduğu, ancak işlem süresindeki artışın katı

% 10

oda nkn

% 15 % 20

oda nkn oda nkn oda nkn oda nkn oda nkn oda nkn oda nkn

1h 2h 1h 2h 1h 2h 1h 2h

(6)

maddenin sudaki çözünürlüğünde fazla etkin olmadığı görülmektedir (Şekil 1.). Buradan da, katı maddenin kütlece % 10’u kadar asit kullanıldığında, tavuk gübresindeki katı maddenin suda çözünürlüğünde, asidik termokimyasal önişlemlerin, asidik kimyasal önişlemlerin daha etkin olduğu sonucuna varılmaktadır. Burada, asidik ortamda, ısıl işlem, nişastanın daha hızlı ve kolay hidrolize uğramasına yol açmaktadır (Whistler at all,, 1984).

3.1.2. % 15 H2SO4 kullanımının suda çözünürlüğe etkileri

Tavuk gübresinin, kütlece % 10 katı madde içeren sulu karışımlarına, karışımdaki katı maddenin kütlece % 15’i kadar asit (H2SO4) kullanılarak yapılan asidik kimyasal önişlem ile, tavuk gübresindeki katı maddenin, 1 saatlik önişlem ile kütlece % 35.62’si ve 2 saatlik önişlem ile kütlece % 35.06’sının (Şekil 1., 5. ve 7. önişlemler), asidik termokimyasal önişlem ile, tavuk gübresindeki katı maddenin, 1 saatlik önişlem ile kütlece % 36.09’unun ve 2 saatlik önişlem ile kütlece % 38.33’ünün (Şekil 1., 6. ve 8. önişlemler)suda çözünür hale geldiği saptanmıştır. Asidik önişlemlerle, kimyasal madde kullanılmadan yapılan önişlemler karşılaştırıldığında, katı maddenin suda çözünürlüğündeki artışın, gübrede bulunan nişastanın asidik ortamda kolay parçalanmasından kaynaklandığı anlaşılmaktadır.

Asidik termokimyasal önişlemde ise, katı maddenin suda çözünürlüğünde, 1 saatlik işlemde, kullanılan asit miktarındaki artışla azalma, 2 saatlik önişlemde ise artış göstermektedir. Katı maddenin % 15’i kadar asit kullanılan termokimyasal önişlemlerde, önişlem süresindeki artışın, tavuk gübresindeki katı maddenin suda çözünürlüğünde etkin olduğu saptanmıştır.

Katı maddenin hidrolizi, tanecik yüzeyinden içeriye doğru yürüyeceğinden, süre arttıkça, katı maddenin suda çözünürlüğü de artacaktır. Burada yüzey sıyırma tepkimeleri (peeling) oluşumu nedeniyle, zamanla katı maddenin suda çözünürlüğünün arttığı biçiminde yorumlanabilir.

3.1.3. % 20 H2SO4 kullanımının suda çözünürlüğe etkileri

Tavuk gübresinin, kütlece % 10 katı madde içeren sulu karışımlarına, karışımdaki katı maddenin kütlece % 20’si kadar asit (H2SO4) kullanılarak yapılan asidik kimyasal önişlem ile, tavuk gübresindeki katı maddenin, 1 saatlik önişlem ile kütlece % 37.80’inin ve 2 saatlik önişlem ile % 37.44’ünün (Şekil 4.2., 9. ve 10. önişlemler), asidik termokimyasal önişlemler ile tavuk gübresindeki katı maddenin, 1 saatlik önişlem ile kütlece % 38.38’inin ve 2 saatlik önişlem ile katı maddenin % 40.93’ünün, (Şekil 1., 11. ve 12. önişlemler) suda çözünür hale geldiği saptanmıştır.

Katı maddenin % 15’i kadar asit kullanılan önişlemlerde olduğu gibi, % 20 asit kullanılan önişlemlerde de, önişlem süresi, katı maddenin suda çözünürlüğünde etkin olmamaktadır.

Ancak kullanılan asit miktarındaki artışın, tavuk gübresindeki katı maddenin suda çözünürlüğünü artırmadığı saptanmıştır. Katı madenin %20’si kadar H2SO4 kullanıldığında da, katı maddenin suda çözünürlüğündeki artışın, gübrede bulunan nişastanın asidik ortamda kolay parçalanmasından kaynaklandığı anlaşılmaktadır. Tavuk gübresine uygulanan asidik önişlemler ile önişlem süresi ve önişlem sıcaklıklarındaki değişimler ile artışlar gözlenmiştir.

Asit kullanılarak yapılan tüm önişlemlerde 2 saatlik önişlemde elde edilen katı maddenin suda çözünürlük bulguları karşılaştırıldığında, suda çözünürlükte en yüksek verim (%40.93), %20 H2SO4 kullanılarak yapılan 2 saatlik termokimyasal önişlemden elde edilmiştir. Kimyasal madde kullanılmadan yapılan 2 saatlik termal önişlemden (Şekil 1., 16 nolu önişlem) elde edilen suda çözünürlük bulgusundan (%33.23), % 23 daha yüksek bir suda çözünürlük saptanmıştır. Asit kullanımının, nişastanın hidrolize uğrayarak, katı maddenin suda çözünürleştirmesini sağladığı biçiminde yorumlanabilir.

(7)

3.2. Biyogaz ve metan üretim verimleri ile ilgili bulgular ve tartışma 3.2.1. Asidik kimyasal önişlemler

Tavuk gübresinin, kütlece % 10 katı madde içeren sulu karışımlarına, karışımdaki katı maddenin kütlece % 10, % 15 ve %20’ si kadar asit (H2SO4) eklenip, oda sıcaklığında bir ve ikişer saat bekletilerek yapılan önişlemlerden elde edilen sulu fazların anaerobik işlemi sonucu elde edilen biyogaz ve metan üretim verimleri ile ilgili bulgular ve yorumları, kullanılan kimyasal madde miktarına göre alt başlıklar halinde verilmiştir.

3.2.1.1. % 10 H2SO4 kullanımının biyogaz üretim verimine etkileri

Tavuk gübresinin, kütlece % 10 katı madde içeren sulu karışımlarına, karışımdaki katı maddenin kütlece % 10’u kadar asit (H2SO4) kullanılarak yapılan asidik kimyasal önişlemden elde edilen sulu fazların anaerobik işleminde, 1 saatlik önişlemden elde edilen suda çözünmüş maddelerin biyogaz ve metan üretim verimlerinin sırasıyla 14.43 mLBiyogaz/gKM ve 4.59 mLCH4/gKM, 2 saatlik önişlemden elde edilen suda çözünmüş maddelerin biyogaz ve metan üretim verimlerinin ise sırasıyla 49.57 mLBiyogaz/gKM ve 27.63 mLCH4/gKM (Şekil 2., Şekil 3. 1. ve 3. önişlemler) olduğu saptanmıştır.

Kimyasal madde kullanılmadan yapılan önişlemlerden elde edilen sulu fazların anaerobik işleminde ise, 1 saatlik önişlemden elde edilen suda çözünmüş maddelerin biyogaz ve metan üretim verimlerinin sırasıyla, 63.27 mLBiyogaz/gKM ve 33.34 mLCH4/gKM ve 2 saatlik önişlemden elde edilen suda çözünmüş maddelerin biyogaz ve metan üretim verimlerinin ise sırasıyla 65.76 mLBiyogaz/gKM ve 36.53 mLCH4/gKM olduğu saptanmıştır (Şekil 2., Şekil 3., 13. ve 15. önişlemler).

Önişlem uygulanmamış tavuk gübresinin % 10 katı madde içeren sulu karışımının anaerobik işleminde ise 30 günlük sürede biyogaz ve metan üretim verimleri, 5.32 mLBiyogaz/gKM ve 3.02 mLCH4/gKM olarak belirleniştir. Şekil 2. ve Şekil 3.’de görüldüğü gibi asidik önişlemler ile hammaddenin suda çözünürlüğünün artırılması, biyogaz ve metan üretim verimlerini önemli miktarlarda artırmaktadır.

Şekil 2., Şekil 3.’de görüldüğü gibi, kimyasal madde kullanılmadan yapılan önişlemlerden elde edilen sulu fazlardaki katı maddenin anaerobik işleminden elde edilen biyogaz ve metan üretim verimleri, % 10 H2SO4 kullanılarak yapılan kimyasal önişlemden elde edilen sulu fazlardaki katı maddenin anaerobik işleminden elde edilen biyogaz ve metan üretim verimlerinden yüksek olduğu saptanmıştır.

(8)

4,40 28,70

3,10 2,60 17,90

6,50 24,10

21,60 22,40 14,43

49,57

6,82 5,36

14,11

63,27 65,76

5,32 47,26

0 10 20 30

1 3 5 7 9 11 13 15 Orj.

Num.

Asidik Kimyasal Önişlemler

toplam biyogaz (mL)

0 10 20 30 40 50 60 70

biyogaz üretim verim i (mLbiyogaz/gKM)

toplam biyogaz mLbiyogaz/g katı madde

Şekil 2. Asidik Kimyasal Önişlemlerden Elde Edilen Sulu Fazların Anaerobik İşleminden Üretilen Biyogaz Miktarları ve Biyogaz Üretim Verimleri

Burada kimyasal madde kullanılmadan yapılan önişlemlerle katı maddenin suda çözünmüş hale dönüşen yapılarının biyolojik parçalanabildiği, asidik kimyasal önişlem ile suda çözünen katıların ise biyolojik parçalanmasının biyogaz ve metan verimlerinde etkin olmadığı anlaşılmaktadır. Bunun da kullanılan kimyasal maddedeki SO42- iyonlarının indirgenmesi sonucu oluşan H2S toksiditesinden kaynaklanabileceği şeklinde yorumlanabilir. Ancak bu tür yorumların, anaerobik biyolojik parçalanma süresince oluşan maddelerin yapıları ileri analizlerle belirlenerek desteklenmesi gerekmektedir. % 10 H2SO4 kullanılarak 2 saat sürede yapılan kimyasal önişlemden elde edilen sulu fazlardaki katı maddenin anaerobik işleminden elde edilen biyogaz ve metan üretim verimlerinin, 1 saat sürede yapılan önişlemden elde edilen biyogaz ve metan üretim verimlerinden yüksek olmasının nedeninin ise asidik ortamda suda çözünür forma dönüşen nişastanın anaerobik parçalanmasından kaynaklanmaktadır.

3.3.1.2. % 15 H2SO4 kullanımının biyogaz üretim verimine etkileri

Tavuk gübresinin, kütlece % 10 katı madde içeren sulu karışımlarına, karışımdaki katı maddenin kütlece % 15’i kadar asit (H2SO4) kullanılarak yapılan asidik kimyasal önişlemden elde edilen sulu fazların anaerobik işleminde, 1 saatlik önişlemden elde edilen suda çözünmüş maddelerin biyogaz ve metan üretim verimlerinin sırasıyla 6.82 mLBiyogaz/gKM ve 0.88 mLCH4/gKM, 2 saatlik önişlemden elde edilen suda çözünmüş maddelerin biyogaz ve metan üretim verimlerinin sırasıyla 5.36 mLBiyogaz/gKM ve 1.44 mLCH4/gKM (Şekil 2., Şekil 3. 5 ve 7. işlemler) olduğu saptanmıştır. Burada da kullanılan H2SO4 miktarındaki artıştan kaynaklanan yüksek derişimde SO42- iyonlarının indirgenmesi sonucu oluşan H2S toksiditesinden söz etmek mümkündür. Asidik önişlemlerin hepsinden elde edilen sulu fazların anaerobik işleminden elde edilen biyogaz ve metan üretim verimleri incelendiğinde, H2S toksiditesinin, % 15 H2SO4 kullanılan önişlemlerde en etkin olduğu görülmektedir.

(9)

1,40 16,00

0,40 0,70 8,60 2,10

12,70 12,00 12,70 4,59

27,63

0,88 1,44 4,56

33,34 36,53

3,02 22,71

0 2 4 6 10 8 12 14 16 18 20

1 3 5 7 9 11 13 15 Orj.

Num.

Asidik Kimyasal Önişlemler toplam CH4 (mL )

0 10 20 30 40

metan üretim verimi (mLCH4/ gKM )

toplam CH4 mLCH4/g katı madde

Şekil 3. Asidik Kimyasal Önişlemlerden Elde Edilen Sulu Fazların Anaerobik İşleminden Üretilen Metan Miktarları ve Metan Üretim Verimleri

3.3.1.3. % 20 H2SO4 kullanımının biyogaz üretim verimine etkileri

Tavuk gübresinin, kütlece % 10 katı madde içeren sulu karışımlarına, karışımdaki katı maddenin kütlece % 20’si kadar asit (H2SO4) kullanılarak yapılan asidik kimyasal önişlemden elde edilen sulu fazların anaerobik işleminde, 1 saatlik önişlemden elde edilen suda çözünmüş maddelerin biyogaz ve metan üretim verimlerinin sırasıyla 47.26 mLBiyogaz/gKM ve 22.71 mLCH4/gKM, 2 saatlik önişlemden elde edilen suda çözünmüş maddelerin biyogaz ve metan üretim verimlerinin sırasıyla 14.11 mLBiyogaz/gKM ve 4.56 mLCH4/gKM (Şekil 2., Şekil 3.

9 ve 11. işlemler) olduğu saptanmıştır. Önişlem süresi arttıkça, katı maddeden oluşan suda çözünen maddelerin anaerobik parçalanabilirliği sınırlı yürümekte ve metan ve biyogaz verimi düşük olmaktadır. SO42- iyon derişiminin yüksek oluşu, biyolojik aktivitenin düşmesine yol açabilecektir. Ancak ortamda biyolojik aktivitenin oluşu, seçici bazı enzimlerin tepkimelere girerek metana dönüşümü gerçekleştirebileceklerdir. Kimyasal işlem süresinin uzaması, katı maddenin suda çözünürlüğünü artırmasına karşın, suda çözünenlerin biyogaza dönüşümünde etkin olmadığı görülmektedir.

3.2.2. Asidik termokimyasal önişlemler

Tavuk gübresinin, kütlece % 10 katı madde içeren sulu karışımlarına, karışımdaki katı maddenin kütlece % 10, % 15 ve %20’ si kadar asit (H2SO4) eklenip, suyun normal kaynama sıcaklığında bir ve ikişer saat bekletilerek yapılan önişlemlerden elde edilen sulu fazların anaerobik işlemi sonucu elde edilen biyogaz ve metan üretim verimleri ile ilgili bulgular ve yorumları, kullanılan kimyasal madde miktarına göre alt başlıklar halinde verilmiştir.

3.2.2.1. % 10 H2SO4 kullanımının biyogaz üretim verimine etkileri

Tavuk gübresinin, kütlece % 10 katı madde içeren sulu karışımlarına, karışımdaki katı maddenin kütlece % 10’u kadar asit (H2SO4) kullanılarak yapılan asidik termokimyasal önişlemden elde edilen sulu fazların anaerobik işleminde, saatlik önişlemden elde edilen suda çözünmüş maddelerin biyogaz ve metan üretim verimlerinin sırasıyla 31.89 mLBiyogaz/gKM ve 18.60 mLCH4/gKM, 2 saatlik önişlemden elde edilen suda çözünmüş maddelerin biyogaz ve metan üretim verimlerinin ise sırasıyla 37.99 mLBiyogaz/gKM ve 19.97 mLCH4/gKM (Şekil 4, Şekil 5. 2 ve 4. işlemler) olduğu saptanmıştır.

(10)

15,60 13,70

2,50 2,20 3,20 49,40

27,60 53,90

22,40 14,43

49,57

6,82 5,36

14,11

63,27 65,76

5,32 47,26

0 10 20 30 40 50 60

2 4 6 8 10 12 14 16 Orj.

Num.

Asidik Termokimyasal Önişlemler

toplam biyogaz (mL)

0 10 20 30 40 50 60 70

biyogaz üretim verim i (mLbiyogaz/gKM)

toplam biyogaz mLbiyogaz/g katı madde

Şekil 4. Asidik Termokimyasal Önişlemlerden Elde Edilen Sulu Fazların Anaerobik İşleminden Üretilen Biyogaz Miktarları ve Biyogaz Üretim Verimleri

Kimyasal madde kullanılmadan yapılan önişlemlerden elde edilen sulu fazların anaerobik işleminde ise, 1 saatlik önişlemden elde edilen suda çözünmüş maddelerin biyogaz ve metan üretim verimlerinin sırasıyla, 63.27 mLBiyogaz/gKM ve 33.34 mLCH4/gKM ve 2 saatlik önişlemden elde edilen suda çözünmüş maddelerin biyogaz ve metan üretim verimlerinin ise sırasıyla 65.76 mLBiyogaz/gKM ve 36.53 mLCH4/gKM, olduğu saptanmıştır. (Şekil 4, Şekil 5. 14 ve 16. işlemler).

Şekil 4., Şekil 5.’de görüldüğü gibi, kimyasal madde kullanılmadan yapılan önişlemlerden elde edilen sulu fazlardaki katı maddenin anaerobik işleminden elde edilen biyogaz ve metan üretim verimleri, % 10 H2SO4 kullanılarak yapılan termokimyasal önişlemden elde edilen sulu fazlardaki katı maddenin anaerobik işleminden elde edilen biyogaz ve metan üretim verimlerinden yüksek olduğu saptanmıştır. Burada kullanılan kimyasal maddedeki SO42-

iyonlarının indirgenmesi sonucu oluşan H2S’in biyolojik faaliyetleri durdurucu etkisinden kaynaklanmaktadır.

3.2.2.2. % 15 H2SO4 kullanımının biyogaz üretim verimine etkileri

Tavuk gübresinin, kütlece % 10 katı madde içeren sulu karışımlarına, karışımdaki katı maddenin kütlece % 15’i kadar asit (H2SO4) kullanılarak yapılan asidik termokimyasal önişlemden elde edilen sulu fazların anaerobik işleminde, 1 saatlik önişlemden elde edilen suda çözünmüş maddelerin biyogaz ve metan üretim verimlerinin sırasıyla 5.43 mLBiyogaz/gKM ve 0.22 mLCH4/gKM, 2 saatlik önişlemden elde edilen suda çözünmüş maddelerin biyogaz ve metan üretim verimlerinin ise sırasıyla 5.18 mLBiyogaz/gKM ve 1.18 mLCH4/gKM (Şekil 4., Şekil 5. 6 ve 8. işlemler) olduğu saptanmıştır.

Şekil 4., Şekil 5.’de görüldüğü gibi, %15 H2SO4 kullanılan asidik kimyasal önişlemlerde olduğu gibi asidik termokimyasal önişlemlerde de H2SO4 miktarındaki artıştan kaynaklanan yüksek derişimde SO42- iyonlarının indirgenmesi sonucu oluşan H2S toksiditesi biyogaz ve metan üretim verimlerinde belirgin bir şekilde etkili olmaktadır. Tüm sulu fazların anaerobik işleminde, suda çözünmüş maddelerin biyogaz ve metan verimleri incelendiğinde H2S toksiditesinin, özellikle % 15 H2SO4 kullanılan kimyasal ve termokimyasal önişlemlerde etkin

(11)

9,10 7,20

0,10 0,50 1,10 27,90

16,40 31,30

12,70 18,60 19,97

0,22 1,18

68,02

24,50 67,14

1,91 3,02

0 5 10 15 20 25 30 35

2 4 6 8 10 12 14 16 Orj.

Num.

Asidik Termokimyasal Önişlemler

toplam CH4 (mL)

0 10 20 30 40 50 60 70

metan üretim verim i (mLCH4/gKM)

toplam CH4 mLCH4/g katı madde

Şekil 5. Asidik Termokimyasal Önişlemlerden Elde Edilen Sulu Fazların Anaerobik İşleminden Üretilen Metan Miktarları ve Metan Üretim Verimleri

3.2.2.3. % 20 H2SO4 kullanımının biyogaz üretim verimine etkileri

Tavuk gübresinin, kütlece % 10 katı madde içeren sulu karışımlarına, karışımdaki katı maddenin kütlece % 20’si kadar asit (H2SO4) kullanılarak yapılan asidik termokimyasal önişlemden elde edilen sulu fazların anaerobik işleminde, 1 saatlik önişlemden elde edilen suda çözünmüş maddelerin biyogaz ve metan üretim verimlerinin sırasıyla 5.55 mLBiyogaz/gKM ve 1.91 mLCH4/gKM, 2 saatlik önişlemden elde edilen suda çözünmüş maddelerin biyogaz ve metan üretim verimlerinin ise sırasıyla 120.25 mLBiyogaz/gKM ve 68.02 mLCH4/gKM (Şekil 4, Şekil 5. 10 ve 12. işlemler) olduğu saptanmıştır. Önişlem süresi arttıkça, katı maddeden oluşan suda çözünen maddelerin anaerobik parçalanabilirliği yürümekte ve metan ve biyogaz verimi yüksek olmaktadır. % 20 H2SO4 kullanılarak 1 saatlik önişlemde SO42- iyon derişiminin yüksek oluşu, biyolojik aktivitenin düşmesine yol açmaktadır. Ancak 2 saatlik sürede biyogaz ve metan üretim veriminin yüksek olması, suda çözünürlüğün yüksek olduğu bu önişlemde çözünen maddelerin parçalanmasını sağlayan seçici bazı enzimlerin tepkimelere girerek metana dönüşümünü gerçekleştirmelerinden kaynaklamaktadır. Ancak bu tür yorumların ileri analizlerle, anaerobik işlem süresince, oluşan maddelerin tanımlanması ile desteklenmesi gerekmektedir.

4. SONUÇ VE ÖNERİLER

Türkiye’nin enerji ihtiyacı her geçen gün artmakta, buna karşın doğal enerji kaynakları tükenmektedir. Bununla beraber, Türkiye’de her yıl tarım ve hayvancılık faaliyetlerinden, enerji üretiminde kullanılabilir nitelikte atıklar üretilmekte ve bu atıklar ya çöp alanlarına atılmakta yada arazide yakılmaktadır. Bu atıkların enerji üretimim amacıyla değerlendirilmesi ile ülkenin enerji ihtiyacının önemli bir bölümünün karşılanacağı bilinmektedir.

Çalışmada, tavuk eti ve yumurta üretim tesislerinden çıkan atıkların anaerobik işlemlerle, enerji üretim amaçlı kullanılması, anaerobik işlemlerde biyogaz ve metan üretim veriminin artırılması amacıyla anaerobik işlemin, asidik önişlemlerle suda çözünmüş forma dönüştürülmüş hammaddeye uygulanması gerektiği görülmüştür. Asidik önişlemlerde, katı

(12)

maddenin % 20’si kadar H2SO4 kullanılarak yapılan 2 saatlik termokimyasal önişlemin, tavuk gübresindeki katı maddenin suda çözünürlüğünde ve bu maddelerden elde edilen biyogaz ve metan üretim verimlerinde en etkili önişlem olduğu saptanmıştır.

Çalışmada ayrıca, anaerobik işlemlerde sağlıklı ve doğru yorum yapabilmek için, anaerobik işlem süresince sistemde oluşan maddelerin gelişmiş analiz cihazları ile belirlenmesinin gerekliliği de anlaşılmıştır.

5. KAYNAKLAR

APHA American Public Assoc. (1985) “Standard Methods for Examination water and wastewater”, 16th Edition Washington D.C.

Clarkson, W.W. and Xiao, W. (2000) “Bench-Scale Anaerobic Bioconversion of Newsprint and Office Paper”, Water Science and Technology, 41/3:93-100.

Desai M., Patel V. ve Madamvar D. (1994) “Effect of Temperature and Retention Time on Biomethanation of Cheese Whey-Poultry Waste-Cattle Dung”, Environmental Pollution, 83/311-315.

Hanse, M. T. (2000) “Danish Bioenergy Solutions, reliable&efficiency”, Center for Biomass Technology Pub., Denmark.

Lay, J.J., Li, Y.Y. and Noike T. (1997) ”Influences of pH And Moisture Content on The Methane Production in High-Solid Sludge Digestion”, Water Research, 31/6:1518-24.

Penaud, V., Delgenès. P. and Moletta. R. (1999) “Thermo-Chemical Pretreatment of a Microbial Biomass: İnfluence of Sodium Hydroxide Addition on Solubilization and Anaerobic Biodegradability”. Enzyme and Microbial Technology. 25/3-5:258-263.

Sawayama, S., Inoue, S., Tsukahara, K. and Ogi T. (1996) “Thermochemical Liquidization of Anaerobically Digested and Dewatered Sludge and Anaerobic Retreatment”, Bioresource Technology, 55/2:141-144.

Sawayama, S., Inoue, S., Yagishita, T., Ogi, T. and Yokoyama, S.Y., (1995)

“Thermochemical Liquidization and Anaerobic Treatment of Dewatered Sewage Sludge”, Journal of Fermentation & Bioengineering, 79/3:300-302.

Speece. R.E. (1996) ”Anaerobic Biotechnology for Industrial Wastewater”, Arche Press.

Tennesse.

Staffort, D.A., Hawkes, D.L. ve Horton, H.R., (1980) “Methane Production from Wasteorganic Matter”, revision of a 1974 Agriculture Canada Publication, no: 1528, Canada.

Taner, F. and Ardic, I. (2002a) “The Effects of Preliminary Acidic and Basic and Then Thermal Basic Pretreatment to Increase Water Solubility of Grapefruit Peel”, International Conference, Environmental Problems of The Mediterranean Region, EPMR, Near East Unv., Nicosia, CYPRUS, 12-15 April.

Taner, F. and Ardic, I. (2002b) “Thermochemical Pretreatment of Orange Peel to Convert Watersolubles”, International Conference, Environmental Problems of The Mediterranean Region, EPMR, Near East Unv., Nicosia, CYPRUS, 12-15 April.

Taner, F., Aydogan, A. and Baydar, G. (1998) “The Effect of Thermochemical Pretreatment for Anaerobic Biodegradability of Orange Peel”, Proc. of 10th Int. Conf., p.681-683, Wurzburg, Germany.

Whistler, R.L., BeMilller, J. N. and Parchall, E. F. (1984) “ Starch; Chemistry and Technology”, Academic Press, USA, p231.

Referanslar

Benzer Belgeler

期數:第 2009-11 期 發行日期:2009-11-01 隱形殺手--慢性腎病變 ◎北醫附醫腎臟內科李玠樺醫師◎

Yıldırım İlçesi’nden geçen Nilüfer Deresi’nin Deliçay koluna deşarj edilmeden akan kırmızı renkli atık suyu inceleyen TÜ;B İTAK’ın raporu korkunç gerçeği

Özellikle genç ördekler ve hindilerin etkilendiği bulaşıcı bir hastalık olup diğer su kuşları tavuk, sülün gibi kanatlı.

Güney doğu Asya ormanlarında yaşayan 4 yabani tavuk formunun bugünkü tavuk ırklarının oluşmasına katkıda bulunmuştur.

▪ Karbonhidrat (maltoz, dekstrin, sukroz solusyonları), protein (yumurta akı proteini) ve amino asitler (treonin arjinin), betamethyl-beta hydroxybutirate (HMB), çinko- metiyonin

Canlı hayvan puantajında kasaplık Canlı hayvan puantajında kasaplık hayvanların genel durumu ve vücudun çeşitli hayvanların genel durumu ve vücudun çeşitli

Tavuk gübresinin diğer bertaraf seçeneklerinden olan kompostlama sürecinde azot ve diğer besin element kaybının yüksek olması dezavantajı varken yakma yöntemi tercih

İÇ PÜSKÜRÜK Granit Siyenit Diyorit Gabro DIŞ PÜSKÜRÜK Bazalt Andezit Obsidyen Tüf KİMYASAL TORTUL Kireçtaşı Alçıtaşı Traverten Kayatuzu KIRINTILI TORTUL