Birleştirilmiş alkali ve termal ön arıtım yöntemlerinin lignoselülozik atıkların anaerobik parçalanabilirliği üzerine etkilerinin incelenmesi

Abstract

Bu tez kapsamında; anaerobik parçalanma prosesinde kullanılacak olan etkin substrat miktarını arttırarak anaerobik parçalanma sonrasında üretilen biyogaz miktarının arttırılması ve parçalanma süresinin kısaltılabilmesi için anaerobik parçalanmanın zenginleştirileceği termal-NaOH ön arıtım yöntemi ayrıntılı olarak değerlendirilmiştir. Bu kapsamda termal-NaOH ön arıtım prosesi için optimum koşulların saptanması amacıyla proses optimizasyonu yapılmış, termal-NaOH ön arıtımla muamele edilen sera atıklarının biyokimyasal metan potansiyelleri tespit edilmiş ve termal-ön arıtımın lignoselülozik yapıda oluşturduğu değişimler incelenmiştir. Deneysel çalışmalarda Antalya ili yerel üreticilerden sağlanan sera atıkları kullanılmış ve sera atıkları karışım numunesinin karakterizasyon analizleri yapılmıştır. Toplam %40,85 selüloz ile hemiselüloz ve %34,16 karbon içeriği ile sera atıkları karışım numunesinin biyogaz üretimi açısından uygun lignoselülozik biyokütle kaynağı olduğu tespit edilmiştir.Birleştirilmiş termal-NaOH ön arıtım prosesi seçilen bağımsız değişkenlerin, bağımlı değişkenler üzerindeki etkileri yoluyla incelenmiştir. Birleştirilmiş termal-NaOH ön arıtım prosesi üzerinde etkisi olabilecek bağımsız değişkenler; reaksiyon sıcaklığı, reaksiyon süresi, NaOH konsantrasyonu ve karıştırma hızı olarak belirlenmiştir. İncelenen bağımlı değişkenler ise çKOİ konsantrasyonu, çİndirgen şeker konsantrasyonu ve BMP'dir. Bağımsız değişkenlerin bağımlı değişkenler üzerindeki etkisinin incelenmesinde istatistiksel cevap yüzey yöntemi (CYY) içerisinde yer alan merkezi kompozit tasarım (MKT) metodu kullanılmıştır. Design Expert® 8.0.0 paket programı kullanılarak MKT ön arıtım deneyleri planlanmış ve önerilen MKT ön arıtım denemeleri yapılmış, çKOİ, çİndirgen şeker ve BMP için modeller kurulmuş ve modellerin geçerlilikleri ANOVA testi ile incelenmiştir. çKOİ, çİndirgen şeker ve BMP modellerine ait regresyon katsayıları sırasıyla 0,9497, 0,9967 ve 0,9083 olarak hesaplanmıştır. Birleştirilmiş ön arıtım denemeleri sonucunda BMP cevap değişkeni üzerinde; reaksiyon süresi, karıştırma hızı, ve reaksiyon sıcaklığının pozitif yönlü, NaOH konsantrasyonunun ise negatif yönlü etkisi olduğu tespit edilmiştir.Belirlenen faktör seviyelerinde ön arıtım proses optimizasyon önerileri proses maliyeti ve maksimum BMP kriterleri dikkate alınarak yapılmıştır. Optimizasyon önerilerine ait validasyon deneyleri yoluyla modellerin kısıtlamaları tespit edilmiştir. Optimizasyon önerilerinde çKOİ ve çİndirgen şekerin birlikte optimizasyonu yapılırken, BMP optimizasyonunda üç yaklaşım (BMP, çKOİ + çİndirgen şeker + BMP ve çİndirgen şeker + BMP) kullanılmıştır. çKOİ ve çİndirgen şekerin birlikte optimizasyonunda proses ekonomisi açısından; bağımsız değişkenlerden reaksiyon sıcaklığı, NaOH konsantrasyonu ve reaksiyon süresi minimize edilmiş, karıştırma hızı ise aralıkta bırakılmıştır. Bu optimizasyonda çKOİ ve çİndirgen şeker üretimi maksimize edilmiştir. çKOİ ve çİndirgen şeker konsantrasyonu için yapılan optimizasyon sonucunda ön arıtım proses koşulları (%0,67 NaOH - 65,3°C - 1 saat- 500 rpm) belirlenmiş ve yapılan validasyon deneyi sonucunda çKOİ ve çİndirgen şeker değerleri sırasıyla 711,95 mgKOİ/gUKM ve 235,76 mgŞeker/gUKM olarak ölçülmüştür. Bu ön arıtım koşullarında muamele edilen numune BMP'si ham numune BMP'sinden %34,97 fazla hesaplanmıştır.BMP optimizasyonunda seçilen üç yaklaşım (BMP, çKOİ + çİndirgen şeker + BMP ve çİndirgen şeker + BMP) için BMP miktarının arttırılması ve proses ekonomisi göz önüne alınarak; bağımsız değişkenlerden NaOH konsantrasyonu ve reaksiyon süresi minimize edilmiş, reaksiyon sıcaklığı ve karıştırma hızı ise hem minimize edilmiş hem de aralıkta bırakılmıştır. Yapılan optimizasyon önerileri sonucunda ön arıtım proses koşulları belirlenmiş, validasyon deneylerinin sonucunda ham numune BMP'sine göre elde edilen artışlar %29,12 (60°C - %0 NaOH - 1 saat ? 0 rpm), %3,42 (100°C - %0 NaOH - 1 saat ? 0 rpm), %38,03 (70,98°C - %0,23 NaOH - 1 saat ? 0 rpm) ve %19,41 (84,85°C - %0 NaOH - 1 saat ? 0 rpm) olarak tespit edilmiştir.