Διερεύνηση της λειτουργίας Μικροβιακής Κυψέλης Καυσίμου για την ανάκτηση ενέργειας και την επεξεργασία υγρών αποβλήτων

Βλάχας, Κωνσταντίνος; Vlachas, Konstantinos

dc.contributor.author	Βλάχας, Κωνσταντίνος	el
dc.contributor.author	Vlachas, Konstantinos	en
dc.date.accessioned	2016-06-01T12:41:48Z
dc.date.available	2016-06-01T12:41:48Z
dc.date.issued	2016-06-01
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/42590
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.12197
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Επεξεργασία αποβλήτων	el
dc.subject	Ανάκτηση ενέργειας	en
dc.subject	ΜΚΚ	el
dc.subject	Μικροβιακή Κυψέλη Καυσίμου	el
dc.subject	MFC	en
dc.subject	Type-H	en
dc.subject	Wastewater treatment energy	en
dc.title	Διερεύνηση της λειτουργίας Μικροβιακής Κυψέλης Καυσίμου για την ανάκτηση ενέργειας και την επεξεργασία υγρών αποβλήτων	el
dc.title	Probe of a type H-two chamber MFC in wastewater treatment and recovery of waste energy	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Επεξεργασία αποβλήτων	el
heal.classification	Wastewater treatment	en
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/90f42a31eb7ca90cefd62816cbbccc43d69f5b61
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2016-03-20
heal.abstract	Η μικροβιακή κυψελίδα καυσίμου (ΜΚΚ) είναι ένας βιο-αντιδραστήρας, ο οποίος μετατρέπει απευθείας τη χημική ενέργεια ποικίλων υποστρωμάτων σε ηλεκτρική ενέργεια, μέσω μικροβιακών καταλυτικών αντιδράσεων, υπό αναερόβιες συνθήκες. Η διττή υπόστασή της τεχνολογίας, να επεξεργάζεται δηλαδή λύματα με ταυτόχρονη παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, έχει κερδίσει τα τελευταία χρόνια το ενδιαφέρον της επιστημονικής κοινότητας. Ταυτόχρονα οι υψηλές ενεργειακές απαιτήσεις των συμβατικών μονάδων επεξεργασίας υγρών αποβλήτων και οι χαμηλοί βαθμοί ανάκτησης της ενέργειας των λυμάτων που εμφανίζουν, καθιστούν την τεχνολογία Μικροβιακών Κυψελών Καυσίμων μια νέα, καινοτόμο πρόταση στη διαδικασία επεξεργασίας των λυμάτων με μη ενεργοβόρες λύσεις. Η παρούσα διπλωματική εργασία διερευνά τη λειτουργίας Μικροβιακής Κυψέλης Καυσίμου ως προς την επεξεργασία υγρών αποβλήτων και την ταυτόχρονη ανάκτηση ενέργειας από αυτά. Η έρευνα, και τα πειράματα που διεξήχθησαν, είχαν ως απώτερο σκοπό να διερευνήσουν τις δυνατότητες και τις αποδόσεις της Μικροβιακής Κυψέλης στην επεξεργασία υγρών αποβλήτων και την ανάκτηση ενέργειας,και να τις συγκρίνουν με τις υπάρχουσες μονάδες επεξεργασίας υγρών αποβλήτων. Η κυψελίδα ΜΚΚ δύο θαλάμων (τύπου Η), μελετήθηκε υπο το πρίσμα της εφαρμογής της σε μονάδες βιολογικού καθαρισμού αστικών λυμάτων και πιο συγκεκριμένα υπο το πρίσμα της εφαρμογής της αντί της αερόβιας δεξαμενής της βιολογικής βαθμίδας επεξεργασίας. Η λογική,με βάση την οποία διεξήχθη η έρευνα, βασίστηκε στη λειτουργία της συσκευής με πλήρη αντικατάσταση των ακριβών υλικών από φθηνότερα, διαμόρφωση των εξωτερικών παραμέτρων όσο είναι εφικτό πιο κοντά στις πραγματικές και περιβαλλοντικές συνθήκες ενώ ταυτόχρονα επιχειρήθηκε η σταδιακή βελτίωση της απόδοσή της, ακόμα και σε λειτουργίες μακράς διαρκείας. Οι παράμετροι απόδοσης και λειτουργίας της καινοτόμου κυψελίδας διερευνήθηκαν συνολικά σε 12 κύκλους, με επιμέρους διαφοροποιήσεις στο είδος αστικών λυμάτων (πρωτοβάθμια επεξεργασμένα, ανεπεξέργαστα, λύματα από τυρόγαλο). Παράλληλα, με τη λειτουργία της καινοτόμου διάταξης, μελετήθηκε η επίδραση διαφορετικών παραμέτρων στην απόδοση ΜΚΚ δύο θαλάμων (τύπου Η). Η εμπειρία που αποκτήθηκε από την προκειμένη λειτουργία, καθώς και τα αποτελέσματα των πειραμάτων αυτών, είναι πρωταρχικής σημασίας, καθώς αποτελούν ισχυρή ένδειξη για την αποτελεσματικότητα της τεχνολογίας στην επεξεργασία υγρών αποβλήτων, και την ανάκτηση ενέργειας, αλλά και για την ανταγωνιστικότητα της τεχνολογίας προς τις υπάρχουσες μονάδες επεξεργασίας. Ταυτόχρονα, τα αποτελέσματα που εξήχθησαν, αποτέλεσαν οδηγό για την εφαρμογή υποθετικού σεναρίου εφαρμογής της τεχνολογίας σε υπάρχουσα Εγκατάσταση επεξεργασίας Λυμάτων. ΄Ετσι λοιπόν, στα πλαίσια της παρούσας έρευνας μελετήθηκαν τόσο πρωτοβάθμια επεξεργασμένα αστικά λύματα όσο και ανεπεξέργαστα αστικά υγρά απόβλητα. Μελετήθηκαν επίσης σύνθετα πραγματικά λύματα(ορρό τυρογάλακτος). Ειδικότερα, σε σχέση με την διερεύνηση ως προς την επεξεργασία υγρών αποβλήτων, μελετήθηκαν οι παράμετροι της απομάκρυνσης ολικού και διαλυτού COD,του υδραυλικού χρόνου παραμονής (HRT), της απομάκρυνσης στερεών, ολικών και πτητικών αιωρούμενων (TSS, V SS), και οι παράμετροι της απομάκρυνσης αμμωνίας, φωσφορικών και pH. Σχετικά με τη διερεύνηση της ανάκτησης ενέργειας από τα λύματα μελετήθηκαν οι παράμετροι της ενέργειας και της ισχύος ανά μονάδα οργανικού φορτίου (kW/kgCOD και kWh/kgCOD) αλλά και οι παράμετροι της ισχύος ανά μονάδα όγκου του ανοδικού αντιδραστήρα (kW/m3) και ανά μονάδα επιφανείας του ανοδικού ηλεκτροδίου (kW/m2). Επιπρόσθετα, διεξήχθη, στο τέλος των πειραμάτων, πείραμα προσδιορισμού των βακτηριακών καλλιεργειών στο ανοδικό ηλεκτρόδιο.	el
heal.abstract	A microbial fuel cell (MFC) is a bioreactor that converts the chemical energy of the bonds of organic compounds to electrical energy, through the catalytic reactions of microorganisms, under anaerobic conditions. Over the last years, theMFCtechnologyhasgainedincreasinginterestfromthescientiﬁccommunity, becauseitoﬀerstheadvantageofsimultaneous wastewater treatment and electricity generation. Moreover, the highenergy needs of conventional wastewater treatment plants, as long as their low percentage rate of recovering energy from wastewater,are factors that make MFC technology a new, innovative, energy-eﬀective and competitive solution for wastewater treatment. The present Master Thesis approaches MFC technology, and its aspects related to wastewater treatment and recovering energy from wastewater, through an innovative dual chamber MFC design, known as MFC H-type. The aim of the experiments was to approach the operational parameters and the energy eﬀectivity rates of the proposed MFC, and to compare them with the corresponding parameters of a conventional wastewater treatment plant. The Thesis approach is under the view of the practical implementation of MFC at wastewater treatment plants, especially in being incorporated into the process train in a more conventional system replacing the Activated Sludge or Trickling Filters system. In order to accomplish this goal the cost was kept low, by replacing all the expensive materials with lower-cost ones and the environmental parameters and the temperature conditions that occur in conventional Wastewater Treatment plants were simulated, while gradually increasing the cell performance even during long term operation.The MFC was operated in batch mode, with 12 cycles one another with three diﬀerent kinds of urban waste as anodic ﬂuid (Urban liquid waste that have gone through the primary clariﬁer/primary treatment, urban liguid waste that have not been treated at all and cheese whey). In the dual chamber MFC operation, the eﬀects of several parameters on the performance of a dual chamber MFC (H-type) were examined. The ﬁndings from these experiments as well as the experience gained are of great signiﬁcance, because they consist strong indications that MFC technology can compete, it terms of wastewater treatment and recovering wastewater energy, with conventional methods of treating domestic wastewater. Additionally, these ﬁndings were used as a guide to approach and look into an scenario hypothetical of MFC implementation in a running wastewater treatment plant. In conclusion, during the present research, Urban liquid waste that have gone through the primary clariﬁer/primary treatment, urbanliguidwastethathavenotbeentreatedatallandcheesewheywereexaminedinbatchmodeoperation of a MFC. Speciﬁcally, in terms of wastewater treatment, the parameters of the percentage rates of COD removal, of Total Suspended and Volatile Suspended Solids removal as well as the percentage rate of ammonia and phosphorus removal and the Hydraulic Retention Time (HRT) were examined. In terms of recovering energy, the parameters of the recoveredenergyperkgofCOD(kWh/kgCOD),oftheattributedpowerperkgofCOD(kW/kgCOD),oftheattributed power per volume of the anodic chamber (Volumetric power: kW/m3) and per surface of the anodic electrode (kW/m2) were examined. Finally, a detailed image of the bacterial communities in the anodic bioﬁlm was collected, by the end of the experiments	en
heal.advisorName	Μαλαμής, Σίμωνας	el
heal.committeeMemberName	Νουτσόπουλος, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Μαλαμής, Σίμωνας	el
heal.committeeMemberName	Τσουκαλά, Βασιλική	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Πολιτικών Μηχανικών. Τομέας Υδατικών Πόρων και Περιβάλλοντος	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	166 σ.	el
heal.fullTextAvailability	true