|
BİYOGAZ ÜRETİMİNDE KULLANILAN ORGANİK ATIK/ARTIK HAMMADDELER
Biyogaz üretimi için organik içerikli maddeler kullanılmaktadır.
Bunlar;
|
1. Hayvansal Atıklar
Sığır, at, koyun,tavuk gibi hayvanların dışkıları, mezbahane atıkları ve hayvansal ürünlerin işlenmesi sırasında ortaya çıkan Atıklar özellikle kırsal kesimler için önerilen biyogaz tesislerinde kullanılmaktadır
2. Bitkisel Artıklar
İnce kıyılmış sap, saman, anız ve mısır artıkları, şeker pancarı yaprakları ve çimen artıkları gibi bitkilerin işlenmeyen kısımları ile bitkisel ürünlerin işlenmesi sırasında ortaya çıkan artıklardır
Bitkisel artıkların kullanıldığı biyogaz tesislerinin işletilmesi sırasında proses kontrolü büyük önem taşımaktadır. Bu nedenle kırsal kesimlerde bitkisel artıklardan biyogaz eldesi önerilmemektedir.
|
3. Organik İçerikli Şehir ve Endüstriyel Atıklar
Kanalizasyon ve dip çamurları, kağıt sanayi ve gıda sanayi atıkları, çözünmüş organik madde derişimi yüksek endüstriyel ve evsel atık sular biyogaz üretiminde kullanılmaktadır. Bu atıklar Özellikle belediyeler ve büyük sanayi tesisleri tarafından yüksek teknoloji kullanılarak tesis edilen biyogaz üretim
merkezlerinde kullanılan atıklardır.
Çeşitli Kaynaklardan Elde Edilebilecek Biyogaz Verimleri ve Biyogazdaki Metan Miktarları;
|
KAYNAK
|
BİYOGAZ VERİMİ (Litre/kg)
|
METAN ORANI (Hac. %’si)
|
|
Sığır Gübresi
|
90-310
|
65
|
|
Kanatlı Gübresi
|
310-620
|
60
|
|
Domuz Gübresi
|
340-550
|
65-70
|
|
Buğday samanı
|
200-300
|
50-60
|
|
Çavdar samanı
|
200-300
|
59
|
|
Arpa samanı
|
290-310
|
59
|
|
Mısır sapları ve artıkları
|
380-460
|
59
|
|
Keten & Kenevir
|
360
|
59
|
|
Çimen
|
280-550
|
70
|
|
Sebze Artıkları
|
330-360
|
Değişken
|
|
Ziraat atıkları
|
310-430
|
60-70
|
|
Yerfıstığı kabuğu
|
365
|
-
|
|
Dökülmüş ağaç yaprakları
|
210-290
|
58
|
|
Algler
|
420-500
|
63
|
|
Atık su çamuru
|
310-800
|
65-80
|
BİYOGAZ ÜRETİMİNİN MİKROBİYOLOJİSİ
|
Biyogaz organik maddelerin oksijensiz şartlarda biyolojik parçalanması (anaerobik fermantasyon) sonucu oluşan ağırlıklı olarak metan ve karbondioksit gazıdır. Çeşitli organik maddelerin metan ve karbondiokside dönüşümü karışık mikrobiyolojik flora tarafından gerçekleştirilmektedir. Bu oksijensiz bozunma sonucunda metan gazı üç aşamalı bir işlem sonucunda oluşur. Oksijensiz bozunmanın (anaerobik fermantasyon) bu üç aşaması aşağıdaki gibi sıralanır.
|
1. Fermantasyon ve Hidroliz
Bu aşamada fermantative ve hydrolytic bakteriler olarak isimlendirilen bakreri grupları organik maddenin üç temel ögesi olan karbon hidratları (C6H10O5)n, proteinleri (6C 2NH3 3H2O) ve yağları (C50H90O6) parçalayarak CO2, asetik asit ve büyük bir kısmını da çözülebilir uçucu organik maddelere dönüştürürler. Bu son gruptaki uçucu organik maddelerin büyük bir bölümünün uçucu yağ asitleri olması nedeniyle, bu aşamaya uçucu yağ asitlerinin [CH3 (CH2) n COOH] oluşum aşaması adı da verilir.2. Asetik Asidin Oluşumu
Bu aşamada, birinci aşama sonucunda açığa çıkan ve uçucu yağ asitlerini asetik aside dönüştüren asetogenik (asit oluşturan) bakteri grupları devreye girmekte ve bir kısım asetogenik bakteriler uçucu yağ asitlerini asetik asit ve hidrojene dönüştürmektedir.
CH3 (CH2)n COOH + H2O => 2CH3 COOH + 2H2
Diğer bir kısım asetogenik bakteri grubu ise açığa çıkan karbondioksit ve hidrojeni kullanarak asetik asit oluşturmaktadır. Ancak bu ikinci yolla oluşan asetik asit miktarı, birinciye oranla daha azdır.
2CO2 + 4H2 => CH3 COOH + 2H2O
3. Metan Gazının Oluşumu
Anaerobik fermantasyonun bu son aşamasında metan oluşturan bakteri grupları devreye girmekte, ve bir kısım metan oluşturan bakteriler CO2 ve H2'yi kullanarak metan (CH4) ve suyu (H2O) açığa çıkarırlarken, öteki bir grup metan oluşturan bakteriler ise ikinci aşama sonucunda açığa çıkan asetik asidi kullanarak CH4 ve CO2 oluşturmaktadırlar.
CO2 + 4H2 => CH4 + 2H2O
CH3 COOH => CH4 + CO2
Ancak bu aşamada birinci yolla oluşan metan miktarı, ikinci yolla elde edilen metan miktarından daha azdır. Üretilen tüm metanın %30'u birinci yolla %70'i ikinci yolla yapılmaktadır.
Bu üç aşamada üç değişik bakteri grubu etkinlik göstermektedir. Anaerobik fermantasyonda bekletme süresine, atık su ve atık organik maddelerin türüne, ortamın PH ile içerdikleri iyonlara ve bunlara bağımlı olarak oluşan mikroorganizmalar topluluğunun yapısına göre üç değişik sıcaklık bölgesi mevcuttur. Anaerobik fermantasyonun üçüncü aşamasında devreye giren ve metan oluşumunu sağlayan metan bakterileri, fermantasyon ortamının sıcaklığına göre üç gruba ayrılır.
Bunlar;
1- Psychrophilic (Sakrofilik) Bakteriler Optimum faaliyet sıcaklığı: 5-25 °C
2- Mezophilic (Mezofilik) Bakteriler Optimum faaliyet sıcaklığı: 25-38 °C
3- Thermophilic (Termofilik) Bakteriler Optimum faaliyet sıcaklığı: 50-60 °C
Sakrofilik bakteriler deniz ve göl diplerindeki tortullar ile bataklıklar, termofilik bakteriler ise yüksek sıcaklıklardaki volkanik ve jeotermal bataklıklar içerisinde yaşamaktasırlar. Bu üç bakteri gurubu ile yapılan fermantasyonda, sakrofilik, mezofilik ve termofilik fermantasyon ile aynı adı almaktadır. Bu bakteri gruplarından 1. ve 3. grupta yer alan sakrofilik ve termofilik bakteriler sığır gübresi içerisinde yaşamamaktadır. Sığır gübresinde mezofilik bakteriler bulunmaktadır. Biyogaz tesisinde sığır gübresi kullanılması durumunda mezofilik fermantasyon uygulanır.
Biyogaz üretimi oldukça önemli bir biyolojik süreçtir. Bu nedenle tüm şartların eksiksiz sağlanmasının gerekliliği aksi durumda verimli gaz üretiminin olmayacağı açıktır.
Bugün, kurulan bir çok biyogaz tesisinin kullanım dışı kaldığı bilinmektedir. Tüm şartların uygun olduğu durumlar içersinde kurulması gereken bölgeler için en uygun biyogaz tesis tipi seçilmelidir. Üretilen biyogazın kontentindeki metan gazı üretiminin başarısı bir faktörün etkisi altındadır. Bunlar;
• Ortam sıcaklığı
• Hammaddenin cinsi ve miktarı
•Ortam asitliği (PH)
• Partikül büyüklüğü
• Fermantasyon süresi
• Karbon azot oranı (C/N)
• Tesis tipi
• Kuru madde miktarı
Ortam sıcaklığı, metan gazı oluşumunda en önemli
etmendir. Bu nedenle sıcak bölgelerde tesisin başarısı daha yüksek olmaktadır. Metan oluşturan bakteriler ani sıcaklık değişimlerinden, gündüz-gece sıcaklık farklılıklarından çok çabuk etkilenmektedir.
Anaerobik bakterilerin en önemli besin maddeleri karbon ve azottur. Mikroorganizma karbonu enerji kaynağı olarak kullanırken azotu yeni hücrelerin oluşturulmasında yapı malzemesi olarak değerlendirir. Karbon azota nazaran 25-30 kat daha fazla kullanılır. İdeal karbon/azot oranı 30/1 dir. Bu oran;
|
• Buğday sapı 87/1
• Mısır sapı 53/1
• Hayvan dışkısı 29/1 dir.
|
BİYOGAZ TESİSLERİNİN TASARIMI VE TASARIMDA DİKKATE ALINMASI GEREKEN PARAMETRELER
Biyogaz tesisleri planlanan amaca göre farklı teknolojiler kullanılarak inşaa edilmektedirler.
Biyogaz tesisleri kapasite olarak;
• Aile tipi (6 -12 m3 kapasiteli)
• Çiftlik tipi (50 -100 -150- m3 kapasiteli)
• Köy tipi (100-200 m3 kapasiteli)
• Sanayi ölçekli tes. (1000 - 10 000 m3 kapasiteli)
şeklinde sınıflandırılmaktadır.
Aile tipi biyogaz tesisleri özellikle Çin'de çok yaygın bir şekilde kullanım yerlerine yakın yerlerde kullanılmaktadır. Aile tipi biyogaz tesisleri dışındaki diğer tesislerin çoğunda biyogazın oluştuğu ortamın (fermantör) ısıtılması optimum biyogaz üretimi için gerekli olmaktadır. Biyogaz üretiminde ortam sıcaklığının 35 ºC civarında olması istenir. Biyogaz tesislerinde ısı kontrolünün sağlanması amacıyla güneş enerjisinden yararlanılabileceği gibi en pratik ve yaygın kullanılan sistem, tesisin içine yerleştirilen sıcak sulu serpantinlerden yararlanmaktadır.
Biyogaz üretiminde kullanılan sistemler genel olarak üç ayrı grupta toplanmaktadır.
1. Kesikli (Batch) Fermantasyon
Tesisin fermantörü (üretim tankı) hayvansal ve/veya bitkisel atıklar ile doldurulmakta ve alıkoyma - bekletme süresi kadar bekletilerek biyogazın oluşumu tamamlanmaktadır. Kullanılan organik maddeye ve sistem sıcaklığına bağlı olarak bekleme süresi değişmektedir. Bu süre sonunda tesisin fermantörü (reaktörü) tamamen boşaltılmakta ve yeniden doldurulmaktadır.
2. Beslemeli - Kesikli Fermantasyon
Burada fermantör başlangıçta belirli oranda organik madde ile doldurulmakta ve geri kalan hacim fermantasyon süresine bölünerek günlük miktarlarla tamamlanmaktadır. Belirli fermantasyon süresi sonunda fermantör tamamen boşaltılarak yeniden doldurulmaktadır.
3. Sürekli Fermantasyon
Bu fermantasyon biçiminde fermantörden gaz çıkışı başladığında günlük olarak besleme yapılır. Sisteme aktarılan karışım kadar gazı alınmış çökelti sistemden dışarıya alınır. Organik madde fermantöre her gün belirli miktarlarda verilmekte, alıkoyma süresi kadar bekletilmekte ve aynı oranlarda fermente olmuş materyal günlük olarak fermantörden alınmaktadır. Böylece günlük beslemelerle sürekli biyogaz üretimi sağlanmaktadır.
Modern bir biyogaz tesisinde üç ana organ yer almaktadır. Bunlar:
3.1. Fermantör - Sindireç (Organik maddenin
doldurulduğu tank depo)
Bu kısım hava almayacak şekilde tasarlanan ve içerisinde bir karıştırıcı olan tanktır. Ayrıca tankınn içerisine bir ısıtıcı yerleştirilmelidir. Biyogazın üretilmesi için fermantör içerisindeki organik madde bulamacının sıcaklığı 35°C'den az olmamalıdır. Fermantör sıcaklıklığı düştükçe gaz üretimi de düşmektedir. Ayrıca yine içeriye hava almayacak şekilde fermantörün bir organik madde giriş ağzı birde çıkış ağzı yerleştirilmelidir.
3.2. Gaz deposu
Büyük kapasiteli tesislerde oluşan biyogazı, bir yerde toplamak ve gaz basıncının sabit kalmasını sağlamak için kullanılan depodur. Fermantör üzerinden alınan gaz bir boru ile bu depoya taşınır. Buradan da kullanıma gönderilir. Kullanım fazlası depoda kalır.
3.3. Gübre (organik madde) Deposu
Biyogazın üretilebilmesi için fermantöre alınacak organik maddenin kuru maddesinin %8'i geçmemesi gerekir. Bunun anlamı, sığır gübresi kullanılacaksa gübrenin bire bir oranında su ile karıştırılması demektir. Bu madde fermantasyon süresi sonunda fermantörden aynı şekilde çıkacaktır. Akışkan durumuna gelmiş olan bu bulamaç halindeki gübrenin depolanması için betondan yapılmış havuz şeklinde bir gübre deposuna ihtiyaç vardır.
Bu anlatılan 3 ana organın yanısıra biyogaz üretim sisteminde; hammadde depolama tankı, gaz boruları-valfleri ve bağlantı ekipmanları, ısıtma sistemleri, pompalar, karıştırıcılar, ısı transfer elemanları, ayırma ve filtrasyon elemanları da kullanılmaktadır.
Karıştırıcılar biyogaz üretiminde çok önemli bir rolü üstlenirler. Kısaca;
• Metanojenlerin ürettiği metabolitlerin dağıtılması
• Taze hammaddenin bakteri populasyonuna homojen olarak karışması
• Çökelmelere ve heterojeniteye engel olunması
• Homojen sıcaklık dağılımının sağlanması
• Bir bakteri populasyonunun fermantör içinde iyice dağılması
• Fermantör içinde heterojen ölü bölgelerin oluşmaması
Bu doğrultuda uygun bir karıştırma elemanının seçimi önem kazanmaktadır. Modern biyogaz tesislerinde, daldırmalı motorlara bağlı mekanik marine tip karıştırıcılar, hidrolik karıştırma sağlayan pompalama sistemleri veya gaz enjeksiyonuyla oluşan pnömatik karıştırma sistemleri kullanılır.
Mezofolik ve termofilik sıcaklıkların çevresel olarak sağlanamadığı, özellikle sıcaklığın korunması gereken biyogaz tesislerinde ısı transfer elemanları büyük önem taşırlar. Plakalı ısı değiştiriciler, shell-tube ısı değiştiriciler yanında kapalı devre ısı pompaları, güneş enerjili ısıtıcılar kullanılmaktadır.
Elde edilen biyogazın kalorifik değerinin artırılması ve korozif özelliğinin giderilmesinde, çevre-insan sağlığı üzerindeki potansiyel zararlarının azaltılması oldukça önemlidir. Ayrıca biyogaz bileşimindeki sülfür oranının %0,05 den daha aşağılara çekilmesi istenir. Bu amaçla fiziksel absorbsyonu sağalayacak katı ve sıvılar, membran ayırıcıları ve farklı kimyasallar kullanılır. Biyogaz içindeki olası su moleküllerinin tutulmasında ise silika jel, alümina veya moleküler elekler kullanılır. Korozif sülfür ve karbondioksit tutulması için demiroksit kullanımı yaygındır.
Bu modern ileri teknoloji uygulamaların dışında uzun yıllardır kullanılan sistemler de mevcuttur. Kırsal kesimler için önerilen ve kısıtlı yerel imkanlarla yapılıp kullanılmakta olan bu tür sistemler çok değişik tipte olup genel olarak üç
kısımda tanımlanmaktadır;1. Hareketli kubbeli biyogaz tesisleri
2. Sabit kubbeli biyogaz tesisleri
3. Balonlu biyogaz tesisleri
|
