Farklı Hayvan Gübreleri ve Mısır Silajından Biyogaz Üretmek İçin Optimum Şartların Belirlenmesi: Box-Behnken Tasarımı ve Mekanizması

Year 2023, Volume: 10 Issue: 3, 640 - 649, 23.07.2023

Nurlan Akhmetov , İrfan Ar

https://doi.org/10.30910/turkjans.1198166

Abstract

Bu çalışmada inek gübresi, at gübresi, deve gübresi ve mısır silajının anaerobik fermantasyonu çalışılmış ve bağımlı değişken uçucu katı madde (UKM) giderimi için istatistiksel bir model geliştirilmiştir. Toplam katı madde (TKM) yüzdesi, substratların karışım oranı (SKO) ve çamur yüzdesi, 23 - faktöriyel deneysel tasarımına göre bağımsız değişkenler olarak seçilmiştir. Bağımsız değişkenlerin UKM giderimi üzerine olan etkilerinin incelenmesinde Box-Behnken deneysel tasarım yöntemi kullanılmıştır. Elde edilen sonuçların istatistiksel değerlendirilmesi “Minitab-21.1.1.0” programı ile sağlanmıştır. Geliştirilen model kullanılarak en yüksek UKM giderimi, TKM (%), SKO ve çamur (%) sırasıyla 3, 1.87, 17.68 değerlerinde %66,97 olarak elde edilmiştir. Varyans analizinin (ANOVA) sonucunda R2 değeri %98.41 olmuştur. Deney sonuçları dikkate alındığında, cevap yüzey yönteminin farklı hayvan gübreleri ile mısır silajının birlikte fermantasyonunda başarılı bir şekilde kullanılabileceği görülmüştür.

Keywords

Biyogaz, anaerobik fermantasyon, Box-Behnken deneysel tasarım yöntemi, hayvan gübresi

Supporting Institution

Gazi Üniversitesi BAP Birimi

Project Number

06/2018-30

Thanks

Araştırmamıza 06/2018-30 kod nolu projeyle destekte bulunan Gazi Üniversitesi BAP Birimi’ne teşekkür ederiz.

Determination of Optimum Conditions for Biogas Production from Different Animal Manures and Maize Silage: Box-Behnken Design and Mechanism

Abstract

In this study, anaerobic fermentation of cow, horse, camel manures and maize silage and a statistical model was developed for the removal of dependent variable volatile solids (VS). Total solids (TS), mixture of substrates (MS) and sludge ratios were chosen as independent variables according to the 23 - factorial experimental design. Box-Behnken experimental design method was used to examine the effects of independent variables on VS removal. Statistical evaluation of the results obtained were provided with the program “Minitab-21.1.1.0”. Using the developed model, the highest VS removal, TS (%), MS ratio and sludge (%) were obtained as 66.97% at 3, 1.87, and 17.68 values, respectively. As a result of analysis of variance (ANOVA), the R2 value was found as 98.41%. Considering the experimental results, it has been seen that the response surface method can be used successfully in the co-fermentation of different animal manures and maize silage.

Keywords

Biogas, anaerobic fermentation, Box-Behnken experimental design method, animal manure, maize silage

Project Number

06/2018-30

References

• Anonim. 2019. 9.7 billion on Earth by 2050, but growth rate slowing, says new UN population report. UN News. https://news.un.org/en/story/2019/06/1040621. (Erişim tarihi: 17.06.2019)
• Agayev, E., and Ugurlu, A. (2011). Biogas Production from Co-Digestion of Horse Manure and Waste Sewage Sluge. TechConnect Briefs, 3: 657-660.
• APHA. 1998. Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (20th Edition). American Public Health Association.
• Comino, E., Riggio, V. A., and Rosso, M. 2012. Biogas production by anaerobic co-digestion of cattle slurry and cheese whey. Bioresource Technology, 114: 46-53. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2012.02.090
• Coşkun, T., Manav, N., Debik, E., Binici, M.S., Tosun, C., Mehmetli, E., ve Baban, A. 2011. Büyükbaş Hayvan Atıklarının Anaerobik Çürütülmesi. Mühendislik ve Fen Bilimleri Dergisi, 2(3): 1-9.
• Cudjoe, D., Chen, W., and Zhu, B. 2022. Valorization of food waste into hydrogen: Energy potential, economic feasibility and environmental impact analysis. Fuel, 324: 124476. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2022.124476
• Çağlayan, G. H. 2020. Doğu Anadolu Bölgesindeki Büyükbaş ve Küçükbaş Hayvan Atıklarının Biyogaz Potansiyelinin İncelenmesi. Türk Tarım ve Doğa Bilimleri Dergisi, 7(3): 672-681. https://doi.org/10.30910/turkjans.699879
• Çanka Kılıç, F. 2011. Biyogaz, Önemı̇, Genel Durumu ve Türkı̇ye’dekı̇ Yerı̇. Mühendis ve Makina, 52: 94-106.
• Djimtoingar, S. S., Derkyi, N. S. A., Kuranchie, F. A., and Yankyera, J. K. 2022. A review of response surface methodology for biogas process optimization. Cogent Engineering, 9(1): 2115283. https://doi.org/10.1080/23311916.2022.2115283
• Ekinci, M.S. ve Mutlu, S.F. 2009. Tavuk Dışkılarının Anaerobik Arıtımında İstatistiksel Teknik Kullanılarak En Uygun Koşulların Belirlenmesi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi. 24(4): 687-692
• Işik, S. ve Yavuz, S. 2022. Biyokütleden Elde Edilen Biyoyakıtlara Genel Bir Bakış. European Journal of Science and Technology. 34: 193-201. https://doi.org/10.31590/ejosat.1079255
• Kadam, R., and Panwar, N.L. 2017. Recent advancement in biogas enrichment and its applications. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 73: 892-903.
• Kakar, D. R. 2016. Camels’ Manure From Waste to a Worthwhile Farming Agent. https://arkbiodiv.com/2016/02/02/camels-dungzfrom-waste-to-a-worthwhile-farming-agent/. (Erişim tarihi: 02.02.2016)
• Karataş, A. 2006. Tavuk gübresinin Anaerobik parçalanması için uygun Koşulların belirlenmesi. Yüksek lisans tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü.
• Khattree, R. and Rao, C. R. 2003. Statistics in industry (C. 22). Gulf Professional Publishing. https://www.biblio.com/9780444506146
• Khuri, A. I., and Mukhopadhyay, S. 2010. Response surface methodology. WIREs Computational Statistics, 2(2): 128-149. https://doi.org/10.1002/wics.73
• Öztürk, H. ve Kaya, D. 2012. Biyogaz Teknolojisi (Kocatepe). Umuttepe Yayınları.
• Pizzuti, L., Martins, C.A., and Lacava, P.T. 2016. Laminar burning velocity and flammability limits in biogas: A literature review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 62: 856-865.
• Rawat, I. 2011. Dual role of microalgae: Phytoremediation of domestic wastewater and biomass production for sustainable biofuels production. Applied Energy, 88: 3411-3424.
• Rubio, J. A., Fdez-Güelfo, L. A., Romero-García, L. I., Wilkie, A. C. and García-Morales, J. L. 2022. Co-digestion of two-phase olive-mill waste and cattle manure: Influence of solids content on process performance. Fuel, 322: 124187. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2022.124187
• Sarabia, L. A. and Ortiz, M. C. 2009. 1.12 - Response Surface Methodology.
• Brown, S. D., Tauler, R. and Walczak, B. (Ed.), Comprehensive Chemometrics (pp. 345-390). Elsevier. https://doi.org/10.1016/B978-044452701-1.00083-1
• Topal Canbaz, G. ve Polat Bulut, A. 2021. İç Anadolu Bölgesinde Bulunan Hayvansal Atıkların Biyogaz Potansiyelinin İncelenmesi. Türk Tarım ve Doğa Bilimleri Dergisi. 8(4): 905-912. https://doi.org/10.30910/turkjans.833381
• TÜİK. 2021. Hayvansal Üretim İstatistikleri. https://data.tuik.gov.tr/Bulten/Index?p=Hayvansal-Uretim-Istatistikleri-Aralik-2021-45593. (Erişim tarihi: 03.08.2022).
• Varol, A., and Ugurlu, A. (2017). Comparative evaluation of biogas production from dairy manure and co-digestion with maize silage by CSTR and new anaerobic hybrid reactor. Engineering in Life Sciences, 17(4): 402-412. https://doi.org/10.1002/elsc.201500187.
• Zacharias, A. 2019. How camel waste is fuelling the UAE’s circular economy. The National. https://www.thenationalnews.com/uae/environment/how-camel-waste-is-fuelling-the-uae-s-circular-economy-1.877698. (Erişim tarihi: 28.05.2022).
• Zhang, B., Zhao, H., Yu, H., Chen, D., Li, X., Wang, W., and Cui, R. P. and Z. 2016. Evaluation of Biogas Production Performance and Archaeal Microbial Dynamics of Corn Straw during Anaerobic Co-Digestion with Cattle Manure Liquid. Journal of Microbiology and Biotechnology. 26(4): 739-747. https://doi.org/10.4014/jmb.1509.09043