Impact of process conditions on methane production in anaerobic digestion and microbial electrolysis cell (AD-MEC) integrated systems
Anaerobik çürütme ve mikrobial elektroliz hücre (AÇ-MEH) entegre sistemlerinde proses koşullarının metan üretimi üzerine etkisi
- Tez No: 775330
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ YASEMİN DİLŞAD YILMAZEL TOKEL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Çevre Mühendisliği, Environmental Engineering
- Anahtar Kelimeler: Atık su arıtma sistemleri, Metan, Sığır gübresi, Waste water treatment systems, Methane, Cattle manure
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Anaerobik çürütme (AÇ), biyogaz üretimine ek olarak kompleks atıkların arıtılması için kullanılan yaygın bir yöntemdir. Bununla birlikte, AÇ prosesinin yavaş kinetiği, uzun başlama süresi ve düşük metan (CH4) üretim verimi gibi çeşitli sınırlamaları vardır. Mikrobiyal elektroliz hücrelerinin (MEH'ler) AÇ'ye entegrasyonu ile AÇ'nin bu sınırlamalarının azaltılacağı öngörülmektedir. AÇ-MEH entegre sistemlerinin performans iyileştirmesinin nedeni, AÇ'de yer alan mikrobiyal konsorsiyumdaki hızlanmış elektron transferinden ve ek bir metan üretim yolağının teşvik edilmesinden kaynaklanmaktadır. Bu çalışmada, AÇ-MEH entegre sistemine etki eden önemli proses koşulları iki farklı deney seti ile test edilmiştir. İlk olarak, harici voltajın iki farklı kompleks atığın, yani sığır gübresi (SG) ve atıksu arıtma çamuru (ATÇ) metan üretim performansına etkisi kesikli AÇ-MEH reaktörleri kurularak incelenmiştir. Atıklar 100SG:0ATÇ, 70SG:30ATÇ, 30SG:70ATÇ ve 0SG:100ATÇ olmak üzere dört farklı karışımda (KOİ bazında) reaktörlere beslenmiş ve AÇ-MEH'lerde 0,3 V, 0,7 V ve 0,9 V olmak üzere üç farklı voltaj test edilmiştir. Sonuçlar, ATÇ reaktörlerinde uygulanan voltajın metan üretimi üzerinde önemli bir etkisi olmadığını, ancak SG katkılı reaktörlerde uygulanan voltajın önemli bir artış gösterdiğini ortaya koymuştur. SG baskın reaktörler arasında en yüksek artış 0,9 V uygulamasında kaydedilmiştir. Uygulanan 0,9 V voltajda 100SG:0ATÇ reaktörlerinin net metan verimi 128,3 mL CH4/g UKMeklenen olup, bu değer kontrol olarak işletilen geleneksel AÇ reaktörlerine (75,5 mL CH4/g UKMeklenen) kıyasla %70'lik bir artışa karşılık gelmektedir. ATÇ eklenmiş reaktörlerde yaklaşık %40'lık oranda artış ile en yüksek iyileşme 0,3 V uygulaması ile elde edilmiştir. Ancak bu artış, bu reaktörlerdeki önemli ölçüde düşük akım üretimi ile birlikte değerlendirildiğinde bir biyoelektrokimyasal süreçle bağlantılı olmayabilir. Ayrıca, üzerinde biyofilm oluşmuş elektrotlar, yani biyoelektrotları kullanmanın etkisi ilk deneyleri takip eden farklı bir deneysel çalışma ile incelenmiştir. Deneysel Set 1 çalışma sonuçlarına göre, SG baskın reaktörlerde biyoelektrotların kullanılmasının, kümülatif metan üretim verilerine Gompertz modeline uyarlanmasıyla elde edilen maksimum metan potansiyelini ve metan üretim oranını artırdığını göstermiştir. Bu tezin ikinci deney setinde, otoklav ön işleminin ve 0,3 - 0,7 V aralığında değiştirilen daha düşük harici voltaj uygulanmasının AÇ-MEH sistemlerinde ATÇ'nin anaerobik arıtılabilirliği üzerindeki etkisi test edilmiştir. AÇ-MEH entegre sistemleri, ATÇ beslendiğinde atığın ön işleminden bağımsız olarak, ilgili AÇ kontrollerine kıyasla benzer performans artışı göstermiştir. Ayrıca, biyoelektrot kullanımının etkisi araştırılmış ve biyoelektrot ve bakir elektrot AÇ-MEH'lerin metan üretim performansını karşılaştırmak için deneyler tasarlanmıştır, ancak biyoelektrot kullanımının reaktörlerin ATÇ ile beslenmesi durumunda önemli bir fayda sağlamamıştır.
Özet (Çeviri)
Anaerobic digestion (AD) is a common method used for treatment of complex wastes with additional benefit of biogas production. Yet, the process has several limitations such as slow kinetics, long start-up periods and low methane (CH4) production yield. With the integration of microbial electrolysis cells (MECs) into AD, it is anticipated that these limitations of AD will be reduced. The reasons of such improvements in the AD-MEC integrated systems may stem from the enhanced electron transfer in microbial consortium involved in AD and promotion of an additional methane production pathway. In this study, important process conditions of the AD-MEC integrated system were tested on two different experimental sets. Firstly, the impact of external voltage on methane production performance of two different complex wastes, namely cattle manure (C) and wastewater biosolids (WBS) were studied in batch AD-MEC reactors. The wastes were provided in four different mixtures (based on COD) as 100C:0WBS, 70C:30WBS, 30C:70WBS and 0C:100WBS and three different voltages of 0.3 V, 0.7 V and 0.9 V were tested in AD-MECs. Results showed that, there was not a significant impact of applied voltage on methane production in the WBS reactors, yet, in C added reactors applied voltage showed a significant enhancement. Among C dominant reactors the highest improvement was recorded at 0.9 V application. Net methane yield of 100C:0WBS reactors at an applied voltage of 0.9 V were 128.3 mL CH4/g volatile solids (VS) added which corresponds to a 70% increase in comparison to the conventional AD reactors (75.5 mL CH4/g VSadded) operated as control. The highest improvement at around 40% were attained with 0.3 V application in WBS added reactors. Yet, this increase may not be linked to a bioelectrochemical process based on significantly low current production in these reactors. Further, the impact of using biofilm attached electrodes, i.e. bioelectrodes were assessed in a sequential experimental part. The results showed that using bioelectrodes from the first part, increased the maximum methane potential and methane production rate based on Gompertz fitting to the cumulative methane production data. In the second experimental set of this thesis, the impact of autoclave pretreatment and application of lower voltages in the range of 0.3 – 0.7 V were tested on the anaerobic treatability of WBS in AD-MEC systems. AD-MEC integrated systems showed similar performance enhancement compared to corresponding AD controls, regardless of the feed pretreatment. Additionally, the impact of using bioelectrodes were investigated and experiments were designed to compare methane production performance of bioelectrode and bare electrode AD-MECs, yet no significant difference was recorded in the case of WBS feed.
Benzer Tezler
- Electrolyte impact on methane production in anaerobic digestion - microbial electrolysis cell (AD-MEC) integrated systems
Anaerobik çürütme - mikrobiyal elektroliz hücresi (AÇ-MEH) entegre sistemlerinde elektrolitin metan üretimi üzerindeki etkisi
BERKAN ÖDEN
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
BiyoteknolojiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. YASEMİN DİLŞAD YILMAZEL TOKEL
- Combined effect of water hyacinth and trichocladium canadense on biogas production during anaerobic treatment of wastewater with antibiotics mixture
Antibiyotik karışımı içeren atıksuyun havasız arıtımı sırasında biyogaz üretimi üzerinde su sümbülü ve trichocladium canadense'ın birleşik etkisi
ISMI KHAIRUNNISA ARIANI
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÇİĞDEM GÖMEÇ
DOÇ. DR. SEVCAN AYDIN
- Enhancement of biomethane production from cattle manure digestion via granular activated carbon amendment
Granül aktif karbon eklenmesiyle sığır gübresinin çürütülmesinden biyoetan üretiminin artırılması
YASİN ODABAŞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Çevre MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ YASEMİN DİLŞAD YILMAZEL TOKEL
- Effect of microwave pretreatment on fate of antimicrobials and conventional pollutants during anaerobic sludge digestion and biosolids quality for land application
Anaerobik çamur çürütme prosesinde uygulanan mikrodalga dezentegrasyon işleminin antimikrobiyallerin ve konvansiyonel kirleticilerin akıbetine ve arazi uygulaması için biyokatı kalitesine etkisi
GÖKÇE KOR BIÇAKCI
Doktora
İngilizce
2018
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EMİNE ÇOKGÖR
- Analysis of environmental impacts in a sequential biofuel production process
Ardışık biyoyakıt üretimi yapan bir prosesin çevresel etkilerinin araştırılması
İDİL TAHMİNA ÖZEN DAŞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Çevre MühendisliğiDokuz Eylül ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SERPİL ÖZMIHÇI
PROF. DR. NURDAN BÜYÜKKAMACI