Karanlık fermantasyon ile melastan hidrojen üretiminde uçucu yağ asitleri inhibisyonunun azaltılmasına yönelik stratejiler

Abstract

Bu tez kapsamında karanlık fermantasyon (KF) ile melastan hidrojen üretiminde uçucu yağ asidi (UYA) inhibisyonunun azaltılmasına yönelik araştırmalar yapılmıştır. Buna yönelik olarak dört farklı stratejinin incelendiği dört aşamalı bir çalışma gerçekleştirilmiştir. Bu amaç doğrultusunda birinci, ikinci, üçüncü ve dördüncü basamakta sırasıyla; atık yumurta kabuğu (AYK) konsantrasyonunun, demir tozu (DT) konsantrasyonunun, ipliksi bakteri (İB) içeren çamur ilavesinin ve seyreltme metodunun (SM) karanlık fermantasyon ile melastan hidrojen üretiminde UYA inhibisyonuna etkisi incelenmiştir. İlk üç basamakta incelenen strateji UYA inhibisyonu üzerinde hedeflenen etkiyi göstermemiştir. Dördüncü basamakta seyreltme metodunun (SM) etkisini incelemek üzere Box-Behnken İstatistiksel Deney Tasarımı (BBİDT) kullanılmış ve sonuçlar Design Expert yazılımı ile irdelenmiştir. Deney tasarımında bağımsız değişkenler olarak seyreltme zamanı (X1), ilave su hacmi (X2), ve başlangıç kimyasal oksijen ihtiyacı (KOİ, X3); amaç fonksiyonu olarak ise hidrojen üretim verimi (HÜV) ve hidrojen üretim hızı (HÜH) belirlenmiştir. Optimizasyon çalışması sonucunda en yüksek HÜV (7.56 mL H2/mL) ve HÜH (15.50 mL H2/sa) değerlerine X1 (sa), X2 (%) ve X3 (g/L) koşullarının sırasıyla; 3. saat, % 130 ve 85 g/L olduğu durumda ulaşılacağı tespit edilmiştir. Gerçekleştirilen doğrulama deneyi sonucunda HÜV ve HÜH değerleri sırasıyla 7.7 mL H2/mL ve 21.47 mL/sa olarak bulunmuş olup modelin güvenilirliği teyit edilmiştir. Doğrulama deneyi seyreltme yapılmayan deney ile kıyaslandığında HÜV ve HÜH'de sırasıyla % 51 ve % 47'lik bir artış gerçekleştiği ve SM uygulanan deneyde UYA konsantrasyonunun daha düşük olduğu görülmüştür. Böylece, SM'nin melastan hidrojen üretiminde UYA inhibisyonunu azaltarak KF performansına katkı sağlayan bir strateji olduğu bulgulanmıştır.

Strategies for the prevention of volatile fatty acids (VFA) inhibition during dark fermentative hydrogen production from molasses was carried out in this thesis. In this context, four different strategies were conducted. In accordance with this purpose, effect of waste egg shell concentration, effect of iron powder concentration, effect of filamentous bacteria containing sludge addition and effect of dilution (ED) is investigated for the prevention of VFA inhibition during dark fermentative hydrogen production from molasses, respectively. The first three strategy attempts did not show an expected effect. For the fourth step, a Box-Behnken Experimental Design was used to investigate the ED and the results were analyzed with Design Expert software. The dilution time (X1), additional water volume (X2), and initial chemical oxygen demand (COD, X3) were used as independent variables; hydrogen production yield (HPY) and rate (HPR) were used as objective functions. The optimum X1 (h), X2 (%) and X3 (g/L) resulting the highest HPY (7.56 mL H2/mL) and HPR (15.50 mL H2/h) values were obtained at 3rd hour, % 130 and 85 g/L respectively. The validation experiment resulted similar HPY (7.7 mL H2/mL) and HPR (21.47 mL H2/h) confirming the reliability of the model. Compared to the undiluted experiment, the verification experiment showed an increase at HPY (% 51) and HPR (% 47) moreover, VFA concentration decreased apparently. This indicates that ED is a succesful strategy for the prevention of VFA inhibition during dark fermentative hydrogen production from molasses.