Impact of process conditions on methane production in anaerobic digestion and microbial electrolysis cell (AD-MEC) integrated 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: MERT ŞANLI
Danışman: YASEMİN DİLŞAD YILMAZEL TOKEL
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
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.