Show simple item record

BÜYÜKBAŞ HAYVAN GÜBRESİ VE TAVUK GÜBRESİNDEN BİYOGAZ ÜRETİMİNİN ADM1 KULLANILARAK MODELLENMESİ

dc.contributor.advisorUğurlu, Ayşenur
dc.contributor.authorTunçel, Süleyman
dc.date.accessioned2017-07-25T10:23:41Z
dc.date.available2017-07-25T10:23:41Z
dc.date.issued2017-07-14
dc.date.submitted2017-06-22
dc.identifier.citation[1] Anonim, “Enerji Atlası,” http://www.enerjiatlasi.com/biyogaz/, http://www.enerjiatlasi.com/biyogaz/ (Mayıs 2017). [2] P. Lusk, “Methane Recovery from Animal Manures The Current Opportunities Casebook,” Midwest Res. Inst. U.S. Dep. Energy, no. September, p. 150, 1998. [3] W. Asvapoositkul, J. Joraden, and S. Wongwises, “Asian Journal on Energy and Environment,” vol. 6, no. 3, pp. 154–164, 2005. [4] N. J. Themelis, “NAWTEC12-2231 Combining Anaerobic Digestion and Waste-To-Energy,” pp. 265–271, 2004. [5] M. and D. C. Davis, Introduction to Environmental Engineering. New York: WCB/McGraw-Hill, 1998. [6] T. Conant, A. Karim, and A. Datye, “Coating of steam reforming catalysts in non-porous multi-channeled microreactors,” Bioresour. Technol., vol. 99, no. 4, pp. 882–888, 2008. [7] L. Jiunn-Jyi, L. Yu-You, and T. Noike, “Influences of pH and moisture content on the methane production in high-solids sludge digestion,” Water Res., vol. 31, no. 6, pp. 1518–1524, 1997. [8] R. Y. Morita, “Psychrophilic Bacteria1,” vol. 39, no. 2, pp. 144–167, 1975. [9] K. J. Chae, A. Jang, S. K. Yim, and I. S. Kim, “The effects of digestion temperature and temperature shock on the biogas yields from the mesophilic anaerobic digestion of swine manure,” Bioresour. Technol., vol. 99, no. 1, pp. 1–6, 2008. [10] Y. Miron, G. Zeeman, J. B. Van Lier, and G. Lettinga, “The role of sludge retention time in the hydrolysis and acidification of lipids, carbohydrates and proteins during digestion of primary sludge in CSTR systems,” Water Res., vol. 34, no. 5, pp. 1705–1713, 2000. [11] A. Babaee and J. Shayegan, “Effect of Organic Loading Rates (OLR) on Production of Methane from Anaerobic Digestion of Vegetables Waste,” World Renew. energy Congr., pp. 411–417, 2011. [12] M. Henze et al., “Activated Sludge Model No.2d, ASM2d,” Water Sci. Technol., vol. 39, no. 1, pp. 165–182, 1999. [13] W. Gujer, M. Henze, T. Mino, and M. Van Loosdrecht, “Activated Sludge Model No. 3,” Water Sci. Technol., vol. 39, no. 1, pp. 183–193, 1999. [14] D. J. Batstone et al., “The IWA Anaerobic Digestion Model No 1 (ADM1).,” Water Sci. Technol., vol. 45, no. 10, pp. 65–73, 2002. [15] R. L. . Gossett, James M.,Belser, “Anaerobic digestion of waste activated sludge,” J. Environ. Eng. Div., no. 108(EE6), pp. 1101–20, 1982. [16] S. G. Pavlostathis and J. M. Gossett, “A kinetic model for anaerobic digestion of biological sludge,” Biotechnol. Bioeng., vol. 28, no. 10, pp. 1519–1530, 1986. [17] C. Rosen, D. Vrecko, K. V Gernaey, and U. Jeppsson, “Implementing ADM1 for benchmark simulations in Matlab / Simulink,” Water Sci. Technol., vol. 54, no. 4, pp. 11–19, 2006. [18] K. Koch, M. Lübken, T. Gehring, M. Wichern, and H. Horn, “Biogas from grass silage - Measurements and modeling with ADM1,” Bioresour. Technol., vol. 101, no. 21, pp. 8158–8165, 2010. [19] M. Myint, N. Nirmalakhandan, and R. E. Speece, “Anaerobic fermentation of cattle manure: Modeling of hydrolysis and acidogenesis,” Water Res., vol. 41, no. 2, pp. 323–332, 2007. [20] B. Wett, A. Eladawy, and M. Ogurek, “Description of nitrogen incorporation and release in ADM1,” IWA Publ., vol. 54, no. 4, pp. 67–76, 2006. [21] X. Qu et al., “Anaerobic biodegradation of cellulosic material: Batch experiments and modelling based on isotopic data and focusing on aceticlastic and non-aceticlastic methanogenesis,” Waste Manag., vol. 29, no. 6, pp. 1828–1837, 2009. [22] P. Satpathy, S. Steinigeweg, F. Uhlenhut, and E. Siefert, “Application of Anaerobic Digestion Model 1 (ADM1) for Prediction of Biogas Production,” Int. J. Sci. Eng. Res., vol. 4, no. 12, pp. 86–89, 2013. [23] F. Blumensaat and J. Keller, “Modelling of two-stage anaerobic digestion using the IWA Anaerobic Digestion Model No. 1 (ADM1),” Water Res., vol. 39, no. 1, pp. 171–183, 2005. [24] W. Stumm and J. J. Morgan, “Chemical Equilibria and Rates in Natural Waters,” Aquat. Chem., p. 1022, 1996. [25] D. J. Batstone, “High rate anaerobic treatment of complex wastewater,” no. Clm, p. 200, 2000. [26] D. J. Costello, Modelling, Optimisation, and Control of High-rate Anaerobic Reactors. University of Queensland, 1989. [27] M. Romli, “Modelling and verification of a two-stage high-rate anaerobic wastewater treatment system,” University of Queensland, 1993. [28] I. R. Ramsay, Modelling and Control of High-rate Anaerobic Wastewater Treatment Systems. University of Queensland, 1997. [29] A. Galí, T. Benabdallah, S. Astals, and J. Mata-Alvarez, “Modified version of ADM1 model for agro-waste application,” Bioresour. Technol., vol. 100, no. 11, pp. 2783–2790, 2009. [30] D. I. Page, K. L. Hickey, R. Narula, A. L. Main, and S. J. Grimberg, “Modeling anaerobic digestion of dairy manure using the IWA Anaerobic Digestion Model no. 1 (ADM1),” Water Sci. Technol., vol. 58, no. 3, pp. 689–695, 2008. [31] C. Rosen and U. Jeppsson, “Aspects on ADM1 Implementation within the BSM2 Framework,” Tech. Rep., pp. 1–37, 2006. [32] A. Normak, J. Suurpere, K. Orupõld, E. Jõgi, and E. Kokin, “Simulation of anaerobic digestion of cattle manure,” Agron. Res., vol. 10, no. SPEC. ISS. 1, pp. 167–174, 2012. [33] D. Der Naturwissenschaften and H. P. Biernacki, “Model based sustainable production of biomethane,” 2014. [34] W. H. Bergland, C. Dinamarca, and R. Bakke, “Temperature Effects in Anaerobic Digestion Modeling,” Proc. 56th SIMS, no. 1, pp. 261–269, 2015. [35] Arikan, O. A., Mulbry, W., & Lansing, S., Effect of temperature on methane production from field-scale anaerobic digesters treating dairy manure. Waste Management, 43, 108-113, 2015. [36] Babaee, Azadeh, and Jalal Shayegan. "Effect of organic loading rates (OLR) on production of methane from anaerobic digestion of vegetables waste." World Renewable Energy Congress-Sweden; 8-13 May; 2011; Linköping; Sweden. No. 57. Linköping University Electronic Press, 2011. [37] Kestutis, N., Kestutis, V., Arnas, P. and Vidmantas, Z., INFLUENCE OF TEMPERATURE VARIATION ON BIOGAS YIELD FROM INDUSTRIAL WASTES AND ENERGY PLANTS. In: ENGINEERING FOR RURAL DEVELOPMENT, 2013. [38] Dalkılıc, K., & Ugurlu, A., Biogas production from chicken manure at different organic loading rates in a mesophilic-thermopilic two stage anaerobic system. Journal of bioscience and bioengineering, 120(3), 315-322, 2015. [39] Wang, F., Zhang, C., & Huo, S., Influence of fluid dynamics on anaerobic digestion of food waste for biogas production. Environmental technology, 38(9), 1160-1168, 2017.tr_TR
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11655/3773
dc.description.abstractOne of the most important steps in establishing a biogas plant is the realistic modeling of the biogas plants. With the modeling operation, suitable operating conditions can be selected for the biogas plants. From this point of view, in this study, the Anaerobic Treatment Model No 1 (ADM1) giving results which have low error rates used in the modeling of treatment plants model was applied and a biogas plants using chicken manure and two cattle waste with different organic contents were modeled. The ADM1 model consists of a series of dynamic and steady-state processes and over 200 input parameters. In the model, the activities of microorganisms which are effective in the treatment process in the anaerobic reactor are defined by mathematical expressions obtained from experimental results. In order to be able to analyze by using different waste types at different temperatures and organic loading rates, various changes have to be made on the model. The necessary arrangements in this study were made using the results found in the literature studies. The model study was carried out for organic loading rates (OLR) of 1, 1.5 and 2 kg VS / d m3 respectively at temperatures of 35 °C, 30 °C and 25 °C chicken waste and for cattle manure having high organic content. Modeling for bovine waste with low organic content was carried out at 35 °C for OLR of 2 kg VS / d m3. In order to compare cattle waste with low and high organic content, the modeling work was carried out at a temperature of 35 °C and an organic loading rate of 2 kg VS / d m3. In this study, the amount of biogas production, the content of biogas methane, the biogas and methane production per gram of volatile solid material and the pH value in the reactor were investigated. Under the different modeling conditions, outputs are compared and the most advantageous situations are expressed. As a result of the modeling study, it was observed that the biogas production and the biogas and methane production per gram of volatile solid material (VS) pH level were increased when the operating temperature was increased. Whereas methane content of the biogas was has not changed significantly. It has been observed that when the organic loading rate is increased, the biogas and methane production per gram of volatile solid material and pH level decreases. Higher organic content of chicken waste resulted in higher biogas production, the biogas and methane production per gram of VS under all conditions compared to cattle waste with high organic content. As expected, higher biogas and biogas, methane production per gram of VS were obtained in each case from cattle manure having high organic content than in cattle manure having low organic content. As a result of the analysis made with ADM1, it was observed that the model gave appropriate results to the experimental studies in the literature.tr_TR
dc.description.tableofcontentsSayfa ÖZET i ABSTRACT iii TEŞEKKÜR v İÇİNDEKİLER DİZİNİ vi ŞEKİLLER DİZİSİ ix TABLOLAR DİZİNİ x SİMGELER VE KISALTMALAR xii KISALTMALAR xii SİMGELER xiii 1. GİRİŞ 1 2. ANAEROBİK ARITMA 3 2.1. Anaerobik Arıtmanın Tarihi 3 2.2. Anaerobik Arıtma 5 2.2.1. Hidroliz Aşaması 5 2.2.2. Asit Oluşumu 6 2.2.3. Asetat Oluşumu 7 2.2.4. Metan Oluşumu 8 2.3. Anaerobik Arıtma Koşulları 9 2.3.1. pH 9 2.3.2. Sıcaklık 10 2.3.3. Karbon/Azot (C/A) Oranı 11 2.3.4. Bekletme Süresi 11 2.3.5. Organik Yükleme Hızı (OYH) 12 2.3.6. Karıştırma 13 2.4. Anaerobik Arıtma Modeli’ nin (ADM1) Tarihsel Gelişimi 13 2.5. Anaerobik Arıtma Modelleme Yaklaşımının Avantajları 15 3. ANAEROBİK ARITMA MODELİ NO:1 (ADM1) 16 3.1. Biyokimyasal Süreçler 16 3.2. Fizikokimyasal Süreçler 19 3.3. ADM NO:1 Modelinin Matematiksel Uygulaması 20 3.4. Substrat Karakterizasyonu 24 3.5. ADM1 Modeli Uygulamaları 27 4.UYGULAMA 39 5. BULGULAR TARTIŞMA VE SONUÇ 43 5.1. Büyükbaş Hayvan Gübresinden (Yüksek Organik İçerikli) Biyogaz Üretiminin Modellenmesi 43 5.1.1. Substrat A Set 1 Koşullarında Modelleme Çalışması Sonuçları 43 5.1.2. Substrat A Set 2 Koşullarında Modelleme Çalışması Sonuçları 44 5.1.3. Substrat A Set 3 Koşullarında Modelleme Çalışması Sonuçları 45 5.1.4. Substrat A Set 4 Koşullarında Modelleme Çalışması Sonuçları 46 5.1.5. Substrat A Set 5 Koşullarında Modelleme Çalışması Sonuçları 47 5.1.6. Substrat A Set 6 Koşullarında Modelleme Çalışması Sonuçları 48 5.1.7. Substrat A Set 7 Koşullarında Modelleme Çalışması Sonuçları 48 5.1.8. Substrat A Set 8 Koşullarında Modelleme Çalışması Sonuçları 49 5.1.9. Substrat A Set 9 Koşullarında Modelleme Çalışması Sonuçları 50 5.2. Tavuk Gübresinden Biyogaz Üretiminin Modellenmesi 51 5.2.1 Substrat B Set 1 Koşullarında Modelleme Çalışması Sonuçları 51 5.2.2. Substrat B Set 2 Koşullarında Modelleme Çalışması Sonuçları 52 5.2.3. Substrat B Set 3 Koşullarında Modelleme Çalışması Sonuçları 52 5.2.4. Substrat B Set 4 Koşullarında Modelleme Çalışması Sonuçları 53 5.2.5. Substrat B Set 5 Koşullarında Modelleme Çalışması Sonuçları 54 5.2.6. Substrat B Set 6 Koşullarında Modelleme Çalışması Sonuçları 54 5.2.7. Substrat B Set 7 Koşullarında Modelleme Çalışması Sonuçları 55 5.2.8. Substrat B Set 8 Koşullarında Modelleme Çalışması Sonuçları 56 5.2.9. Substrat B Set 9 Koşullarında Modelleme Çalışması Sonuçları 57 5.3. Düşük Organik İçeriğe Sahip Büyük Baş Hayvan Gübresinin Modellenmesi 57 5.3.1 Substrat C Set 1 Koşullarında Modelleme Çalışması Sonuçları 58 5.4. Değiştirilen Model Parametre ve Katsayıların Üzerinde Hassasiyet Analizi Sonuçları 61 6. SONUÇLAR VE ÖNERİLER 64 7. ÇALIŞMANIN LİTERATÜRE KATKISI 67 8. KAYNAKLAR 68 9. EKLER 72 ÖZGEÇMİŞ 77tr_TR
dc.language.isoturtr_TR
dc.publisherFen Bilimleri Enstitüsütr_TR
dc.rightsinfo:eu-repo/semantics/openAccesstr_TR
dc.subjectBiyogaztr_TR
dc.subjectAnaerobik arıtma
dc.subjectAnaerobik arıtma modeli
dc.subjectTavuk atığı
dc.subjectSığır atığı
dc.subjectMetan gazı
dc.subjectBiyoreaktör
dc.titleBÜYÜKBAŞ HAYVAN GÜBRESİ VE TAVUK GÜBRESİNDEN BİYOGAZ ÜRETİMİNİN ADM1 KULLANILARAK MODELLENMESİtr_TR
dc.typeinfo:eu-repo/semantics/masterThesistr_TR
dc.description.ozetBiyogaz santrali kurma aşmasında en önemli aşamalardan biri bu santrallerin gerçekçi bir şekilde modellenmesidir. Modelleme çalışması sayesinde kurulacak santral için uygun işletme koşulları belirlenebilmektedir. Buradan yola çıkarak, bu çalışmada arıtma tesislerinin modellemesinde kullanılan ve düşük hata oranlarına sahip sonuçlar veren Anaerobik Arıtma Modeli No. 1 (ADM1) modeli uygulanmış; tavuk ve iki farklı organik içeriğe sahip büyükbaş atığının biyogaz üretim modellemesi yapılmıştır. ADM1 modeli bir dizi dinamik ve denge sürecinden ve 200’ ün üzerinde giriş parametresinden meydana gelmektedir. Modelde anaerobik reaktördeki arıtma sürecinde etkili olan mikroorganizmaların aktiviteleri deneysel sonuçlarla elde edilmiş matematiksel ifadeler ile tanımlanmıştır. Bununla birlikte, değişik sıcaklık ve organik yükleme hızlarında, farklı atık türlerini kullanarak analiz yapabilmek için model üzerinde çeşitli değişiklerin yapılması gerekmektedir. Bu çalışmada da gereken düzenlemeler literatür çalışmalarında bulunan sonuçlar kullanılarak yapılmıştır. Modelleme çalışması tavuk atığı ve yüksek organik içerikli sahip sığır atığı için 35 °C, 30 °C ve 25 °C sıcaklık altında, sırasıyla 1, 1.5 ve 2 kg.UKM/m3.g organik yükleme hızları (OYH) için gerçekleştirilmiştir. Düşük organik içerikli büyükbaş atığı için modelleme ise 35 °C sıcaklık altında OYH 2 kg.UKM/m3.g iken gerçekleştirilmiştir. Çalışmada biyogaz üretim miktarı, biyogaz metan içeriği, 1 gram UKM başına biyogaz ve metan üretimi ve reaktör içindeki pH değeri incelenmiştir. Farklı organik içeriklere sahip atıklar için farklı modelleme koşulları altında model çıktıları karşılaştırılmış, en avantajlı durumlar ifade edilmiştir. Modelleme çalışması sonucunda reaktör işletme sıcaklığının arttırıldığı zaman biyogaz üretiminin ve 1 gram UKM başına biyogaz ve metan üretiminin, pH düzeyinin arttığı, biyogazın metan içeriğinin çok önemli ölçüde değişmediği görülmüştür. Organik yükleme hızı arttırıldığı durumda ise 1 gram UKM başına biyogaz ve metan üretiminin ve pH düzeyinin düştüğü gözlemlenmiştir. Her koşul altında; tavuk atığından, analizi yapılan diğer iki farklı sığır atığına göre daha yüksek biyogaz miktarı ve 1 gram UKM başına biyogaz ve metan üretimi, pH düzeyi elde edilmiştir. Tahmin edildiği gibi yüksek organik içerikli sığır atığından her durumda düşük organik içerikli sığır atığına göre daha yüksek biyogaz miktarı ve 1 gram UKM başına biyogaz ve metan üretimi elde edilmiştir. ADM1 ile yapılan analiz sonucunda modelin literatürdeki deneysel çalışmalara uygun sonuçlar verdiği gözlemlenmiştir.tr_TR
dc.contributor.departmentTemiz Tükenmez Enerjilertr_TR
dc.contributor.authorID10156241tr_TR


Files in this item

Name:
Suleyman_TUNCEL_tez.pdf
Size:
2.255Mb
Format:
PDF
Description:
Tez Dosyası
View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record