Promoting the application of anaerobic digestion technology: Microbial electrolysis cell (MEC) integration and struvite precipitation
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Fen Bilimleri Enstitüsü, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2023
Tezin Dili: İngilizce
Öğrenci: FERİDE ECE KUTLAR
Danışman: Yasemin Dilşad Yılmazel Tokel
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Bu tezde anaerobik çürütme (AÇ) uygulamasını teşvik etmek için iki yeni teknoloji üzerinde çalışılmıştır. AÇ, mikrobiyal elektroliz hücresi (MEH) ile yeniden yapılandırılmıştır. Bu tez, AÇ-MEH entegre sisteminin başlatılması için iki yöntemi karşılaştırmıştır: biyoelektrotların (kontrollü bir ortamda önceden biyofilm oluşturulmuş) kullanımı ile bakir elektrotlar (biyofilmsiz). Tüm reaktörler arasında, -0,95 V (Ag/AgCl'ye kıyasla) katot potansiyelinde sığır gübresiyle beslenen grafit-paslanmaz çelik biyoelektrotlu AÇ-MEH'ler, gram uçucu katı madde (UKM) başına en yüksek CH4 verimini üreterek geleneksel AÇ'ye kıyasla %105 artış sağlamıştır. Sığır gübresi ile beslenen grafit katotlu AÇ-MEH'ler biyoelektrot ve bakir elektrot reaktörlerinde benzer CH4 üretimleri üreterek -0,9 V (Ag/AgCl'ye kıyasla) katot potansiyelinde %8-10 ve -1 V (Ag/AgCl'ye kıyasla) katot potansiyelinde %45-51 artış sağlamıştır. Reaktörler atık su biyokatıları ile beslendiğinde, Biyoelektrot ve ön biyofilm oluşturulmuş granüler aktif karbon (GAK) kombinasyonu CH4 üretimini kontrole kıyasla %16 artırmıştır. Genel olarak, metan üretim kinetiği AÇ-MEH entegrasyonu ile geliştirilmiştir. Sonuçlar, CH4 üretimindeki artışın esas olarak katot malzemesine ve katot potansiyeline bağlı olduğunu göstermiştir. Arkeal topluluk analizi, sığır gübresi ile beslenen grafit – grafit AÇ-MEH'lerin katodunda hidrojenotrofik metanojenlerin baskın olduğunu doğrulamıştır. AÇ-MEH reaktör performanslarının karşılaştırılması, elektrotlar üzerindeki biyofilmin kontrollü bir ortamda önceden yetiştirilmesinin gerekli olmadığını ve biyoelektrot kullanımının bakir elektrotlara göre performansta önemli bir avantaj sağlamadığını göstermiştir. Bu tezde, AÇ çıkışı için ileri arıtım olarak, sürdürülebilir katkı maddeleri ile strüvit çökeltilmesi araştırılmıştır. Kemik unu ve atık manyezit tozu, sığır gübresi çürütücü çıkış suyundan strüvit çökeltimi için saf P ve Mg katkı maddelerinin yerine kullanılmıştır. Önemli parametreler ve geri kazanım verimleri Box-Behnken modeli ile belirlenmiştir. Optimum koşullar altında (pH = 9.0, Mg:N = 2.2 ve P:N = 1.8), %97.8 ± 0.1 NH4-N, %96.6 ± 0.31 PO4-P ve %84.4 ± 0.9 Mg2+ geri kazanılmıştır. Çökeltilen ürün incelendiğinde, X-ışını kırınımında sadece strüvit kristalleri gözlemlenmiştir. Ürün saflığı %49 civarındadır ve atıkların kullanımı düşünüldüğünde bu oran oldukça yüksektir. Üründeki ağır metallerin ise gübre uygulaması için düzenleyici limitlerin altında olduğu görülmüştür. Özetle, her iki teknoloji de seçici faydalar sağlayarak AÇ sisteminin uygulamasını teşvik etmiştir. Önerilen teknolojiler iklim değişikliğinin ve besin tükenmesi etkilerini azaltma, buna ek olarak sürdürülebilir kalkınma hedeflerine ulaşılmasına yardımcı olma potansiyeline sahiptir. Yeni nesil biyogaz araştırmaları bu teknolojilerin ticarileştirilmesine odaklanmalıdır.