Biogas production from agricultural wastes-semi-continuous digestion of wheat straw

Abstract

ÖZET TARIMSAL KÖKENLİ ARTIKLARDAN BİYOGAZ ÜRETİMİ-BUCDAY SAPININ YARI SÜREKLt BOZUNUMU TOSUN, Ayşe Yüksek Lisans Tezi Kimya Mühendisliği Bölümü Tez Danışmanı: Doç.Dr.Nevin SELÇUK Ortak Danışman: Doç.Dr.Selçuk SOYUPAK Eylül 1987, 77 sayfa Anaerobik bozunma, her türde biyomasın gaz yakıt olan metana dönüştürülmesinde etkili bir prosestir. Bu proses, biyomas içindeki karbonu gaza dönüştürür ve gübre olarak toprağa tekrar uygulanabilen sıvı bir atık bırakır. Türkiye'de biyomasın büyük bir kısmını buğday sapı oluşturmaktadır. Bu sebeple, bu çalışmada, toplam gaz üretimi ve metan verimini belirlemek üzere, 0.5 mm elekten geçecek şekilde öğütülmüş buğday sapından %5 oranında içeren karışım, yarı sürekli anaerobik bozunmaya tabi tutulmuştur. Deneyler, sıvı hacmi l litre olan, 55°C sıcaklıkta tutulan fermentör lerde, 8,10 ve 15 günlük bekleme süreleri esas alınacak şekilde gerçekleş tirilmiştir. Gaz üretim hızı ve metan veriminin yatışkın durumdaki değerlerinin bekleme süresi ile arttığı saptanmıştır.önişlemin bozunma prosesinin verimi üzerindeki etkisini araştırmak amacı ile, benzer deneyler, alkali ile muamele edilmiş ve azot takviyeli karışımlarla yapılmıştır. Sonuçlar, yatışkın durumdaki metan veriminin karışımın cinsine göre aşağıdaki sıralama içinde arttığını göstermiştir; temel karışım, azot takviyeli karışım ve alkali ile muamele edilmiş karışım. Deneylerden elde edilen veriler, buğday sapından anaerobik bozunumla metan üretiminin kinetiğinin belirlenmesinde ve önişlemin proses kinetiği üzerindeki etkisinin araştırılmasında kullanılmıştır. Bu yolla hesaplanan metan üretim hızlarının ölçümlerle oldukça iyi bir uyum içerisinde olduğu saptanmıştır. ölçümler, birinci dereceden bir kinetik model ile de analiz edilmiştir. Modelden elde edilen reaksiyon hızlarının da bozunan karışımın cinsine göre aşağıdaki sıralama içinde arttığı tespit edilmiştir; temel karışım, azot takviyeli karışım ve alkali ile muamele edilmiş karışım. Anahtar kelimeler: Anaerobik bozunum, biyogaz, biyomas ve metan fermantasyonu. VI

ABSTRACT BIOGAS PRODUCTION FROM AGR I CULT URAL- WASTES - SEM I -CONTINUOUS DIGESTION OF WHEAT STRAW TOSUN, Ayse M.S. in Chemical Engineering Supervisor : Assoc. Prof. Dr. Nevin SELÇUK Co-supervisor : Assoc. Pro-f. Dr. Selçuk SOYUPAK September 1987, 77 pages. Anaerobic digestion i s an effective process for the conversion of a broad variety of biomass to a gaseous fuel, methane.lt converts carbon in biomass into gas and leaves a digested slurry suitable for reappl i cati on to the land as fertilizer. Wheat straw forms a major fraction of biomass in Turkey. Therefore, in this study, semi -conti nuous anerobic digestion of a slurry containing 5 7. wheat straw ground to pass 0.5mm sieve, was performed for the determination of total gas production and methane yield. The experiments were carried out in digesters of 1 liter of effective volume, maintained at 55 C, for iiihydraulic retention times of 8,10 and 15 days. The steady state values of the gas production rate and methane yield were -found to increase with the hydraulic retention time. In order to investigate the effect of pretreatments on the efficiency of digestion process, similar experiments were carried out with alkaline pretreated and nitrogen supplemented slurries. Ihe results show that the steady state values of methane yield increase with the type of the slurry in the following order; basic slurry, nitrogen supplemented slurry, alkaline treated slurry. Data obtained from the experiments were utilised to determine the kinetics of mathane production from anaerobic digestion of wheat straw and to investigate the effect of pretreatment on the kinetics of the process. The predicted methane production rates were found to be in reasonably good agreement with the measurements. Measured data have also been analysed in terms of a first order kinetic model, the reaction rates obtaiite?d from the model were also found to inrease with the I ypc? of the slurry digested in the following order; basic slurry, nitrogen supplemented slurry, alkaline treated slurry. Key words: Anaerobic digestion, biogas, biomass and methane fermentation. TV