Start-up strategies for enhanced methane production from cattle manure in bioelectrochemical systems
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, ÇEVRE MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2022
Tezin Dili: İngilizce
Öğrenci: AMIN GHADERIKIA
Danışman: YASEMİN DİLŞAD YILMAZEL TOKEL
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Elektrometanojenesis olarak bilinen biyoelektrokimyasal metan üretimi, karbondioksitin metana dönüştürülmesi yoluyla karbon geri dönüşümü için gelişmekte olan bir teknoloji sağlamakta ve aynı zamanda organik atık azaltımı gibi ek bir fayda sağlamaktadır. Elektrometanojenik mikrobiyal elektroliz hücresindeki (MEH) biyoelektrokimyasal dönüşüm reaksiyonları, elektrotlar üzerindeki elektro-aktif biyofilm tarafından katalize edilir; dolayısıyla biyofilm oluşumu sistem performansında kilit bir role sahiptir. Bu çalışmada amaç, farklı başlatma stratejilerinin biyoelektrokimyasal reaktörlerde karmaşık bir atık olan sığır gübresinden metan üretiminin performansı üzerindeki etkilerini değerlendirmektir. İlk olarak, elektrometanojenik bir MEH'in performansına odaklanılmış ve basit bir substrat olan asetat (ASE) ve karmaşık bir atık olan sığır gübresi (SG) beslemesi üzerine biyofilm oluşumunun etkisinin karşılaştırmalı bir analizini sağlamak için deneyler tasarlanmıştır. Bu amaçla, tek hazneli MEH'ler beslemeli yığın modunda 0,7 V uygulanan voltajla çalıştırılmıştır. Tek karbon kaynağı (ASE veya SG) üzerinde biyofilm oluşumu üzerine, seçilen sayıda MEH (ASE_SG ve SG_ASE) test süresi boyunca çapraz beslemeye tabi tutulmuştur. ASE_SG ve SG_SG reaktörleri arasındaki mevcut üretim hızındaki fark ASE_SG lehine %20 olmasına rağmen, çapraz besleme metan üretimini düşürmüştür. Sonuçlar, SG tek besleme olarak kullanıldığında yaklaşık %20 daha yüksek metan üretim oranı (131,6 ± 2 mL/L-d) olduğunu göstermiştir. Mikrobiyal komünite analizi, birincil substratın biyoelektrotların topluluğunu şekillendirdiğini ve çapraz beslemenin mikrobiyal topluluk üzerinde önemli bir etkisi olmadığını göstermiştir. Bu bilgiye dayanarak, ikinci deney seti, SG ilavesiyle oluşturulan biyofilm bağlı elektrotların kullanımının ve karbon bazlı iletken bir malzeme olan granül aktif karbonun (GAK) anaerobik çürütme - mikrobiyal elektroliz hücresi (AÇ-MEH) entegre sistemi üzerindeki etkisini araştırmak üzere tasarlanmıştır. AÇ-MEH sistemleri, MEH'ler ve geleneksel AÇ reaktörlerinin bir kombinasyonudur ve son zamanlarda atık maddelerden iyileştirilmiş metan üretimi için kullanılmaktadır, ancak başlatma prosedürleri hakkında sınırlı bilgi bulunmaktadır. Ayrıca, reaktör ortamının (tampon) seçimi biyoelektrokimyasal sistemlerin performansında önemlidir; bu nedenle, bu çalışmada, 100 mM fosfat tamponlu salin (PBS) çözeltisi ve fosfat içermeyen bir tuz ortamı olmak üzere iki farklı tampon çözeltisi kullanılarak CM ile beslenen AD-MEC reaktörlerinin performansı karşılaştırılmıştır. AD reaktöründe tuz tampon çözeltisinin kullanılması, 100 mM PBS ortamlı aynı reaktöre göre 4 kat daha yüksek net metan verimi ve 5,8 kat daha düşük gecikme süresi ile sonuçlanmıştır. En yüksek metan üretim hızı 12,03±0,01 mL/gün ve metan verimi 318,1±1,4 mLCH4/g eklenen uçucu katı madde (UKMeklenen), AÇ-MEH'de bakir elektrotlar kullanıldığında BiyoGAK olarak adlandırılan biyofilm bağlı GAK ilaveli tuz ortamı varlığında elde edilmiştir. AÇ-MEH'lerde elde edilen verim, geleneksel AÇ 'ye göre yaklaşık %25 daha yüksektir.