Αναερόβια χώνευση για τη παραγωγή βιοαερίου από απόβλητα σε Περιοδικό Αναερόβιο Αντιδραστήρα με Ανακλαστήρες

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία έχει θέμα την χρήση την αναερόβιας χώνευσης για τη επεξεργασία αποβλήτων με στόχο τη παραγωγή βιοαερίου σε έναν αντιδραστήρα PABR. Πρόκειται για έναν ταχύρρυθμο και καινοτόμο αντιδραστήρα που αντέχει σε υψηλές τιμές οργανικής φόρτισης και χρησιμοποιείται για την επεξεργασία υγρών αποβλήτων. Τα απόβλητα που προέρχονται από τις βιομηχανίες τροφίμων έχουν υψηλό οργανικό φορτίο και μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως υπόστρωμα αναερόβιας χώνευσης. Στη συγκεκριμένη εργασία, χρησιμοποιήθηκε ως τροφοδοσία μείγμα (επιστρεφόμενων) βρεφικών τροφών σε υδατικό αιώρημα. Η τροφοδοσία του αντιδραστήρα πραγματοποιήθηκε σε δύο φάσεις. Στη πρώτη φάση, η οποία διήρκησε 37 ημέρες, η αρχική συγκέντρωση ολικού Χημικά Απαιτούμενου Οξυγόνου (ΧΑΟ) ήταν 14 g/L ,του διαλυτού ΧΑΟ 3 g/L και η μέγιστη απομάκρυνση ΧΑΟ έφτασε το 75,7%. Σε αυτή τη φάση, οι τιμές των Ολικών και Πτητικών Αιωρούμενων Στερεών (ΟΑΣ, ΠΑΣ) στον αντιδραστήρα κυμάνθηκαν στα 0,34-0,6 και 0,21-0,41 g/L αντίστοιχα. Στη δεύτερη φάση, η οποία διήρκησε 35 ημέρες, στο τροφοδοτούμενο μίγμα του αντιδραστήρα προεπεξεργαζόταν θερμικά, για την βελτίωση των ρεολογικών του ιδιοτήτων με τη αύξηση της διαλυτοποίησης. Η τιμή του αρχικού ΧΑΟ ήταν 14 g/L και του αρχικού διαλυτού ΧΑΟ 11 g/L. Σε αυτή τη φάση η μέγιστη απομάκρυνση του ΧΑΟ ήταν 87% για το ολικό ΧΑΟ και 89% για το διαλυτό ΧΑΟ. Οι τιμές των ΟΑΣ, ΠΑΣ στον αντιδραστήρα κυμαίνονται στα 0,4-1,13 και 0,17-0,41 g/L αντίστοιχα. Στη συνέχεια αναπτύχθηκε μοντέλο για τη περιγραφή της συμπεριφοράς του αντιδραστήρα στη δεύτερη φάση τροφοδοσίας. Το μοντέλο τροποποιήθηκε στη συνέχεια χρησιμοποιώντας την έννοια της κατακράτησης βιομάζας (Rb), η οποία βελτίωσε τη προσαρμογή των πειραματικών δεδομένων, ειδικά στις τελευταίες μέρες της 2ης φάσης.

This thesis focused on the use of the anaerobic digestion process for wastewater treatment and biogas production in a PABR reactor. This is a high-rate, innovative reactor that can withstand high organic loading rates. The PABR reactor is used for wastewater treatment. Food industry waste has a high organic load and can be used as a substrate for the anaerobic digestion process. For the purposes of this thesis, a mixture of baby food powder, dissolved in water, was used as feed. The feeding of the reactor was conducted in two phases . In the first phase, which lasted 37 days , the initial concentration of the total Chemical Oxygen Demand (COD) was 14 g/L , the initial concentration of dissolved COD was 3 g/L and the maximum COD removal was 75.7%. In this phase, the values of total suspended solids (TSS) ranged from 0.34 to 0.6 and for volatile suspended solids (VSS) from 0.21 to 0.41 g/L. In the second phase, which lasted 35 days, the mixture was thermally pretreated, for improving its rheological properties. The value of the initial total COD was 14 g/L and the initial dissolved COD was 11 g/L. In this phase, the maximum COD removal of was 87 % for total COD, and 89 % for dissolved COD . The values of TSS, VSS in the reactor ranged from 0.4 to 1.13 and from 0.17 to 0.41 g/L respectively . A model was developed to simulate the anaerobic digestion process in the PABR reactor. The model was modified using the concept of biomass retention (Rb), which improved the model estimation, especially the last days of the second feeding phase .