Διερεύνηση της επίδρασης του χρόνου παραμονής στερεών στην αναερόβια υδρόλυση πρωτοβάθμιας ιλύος

Πολυμέρου, Ελένη; Polymerou, Eleni

dc.contributor.author	Πολυμέρου, Ελένη	el
dc.contributor.author	Polymerou, Eleni	en
dc.date.accessioned	2016-07-15T08:31:46Z
dc.date.issued	2016-07-15
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/43120
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.12990
dc.rights	Default License
dc.subject	Αναερόβια υδρόλυση	el
dc.subject	Πρωτοβάθμια ιλύς	el
dc.subject	Πτητικά λιπαρά οξέα	el
dc.subject	Χρόνος παραμονής στερεών	el
dc.subject	Anaerobic hydrolysis	en
dc.subject	Primary sludge	en
dc.subject	Volatile fatty acids	en
dc.subject	Residence time of solids	en
dc.title	Διερεύνηση της επίδρασης του χρόνου παραμονής στερεών στην αναερόβια υδρόλυση πρωτοβάθμιας ιλύος	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Πειβαλλοντική μηχανική	el
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/df16e4f70a884dc97964f904cf22530794c9184f
heal.dateAvailable	2017-07-14T21:00:00Z
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2016-07-13
heal.abstract	Ένα από τα βασικότερα περιβαλλοντικά ζητήματα που καλούνται να αντιμετωπίσουν οι σύγχρονες κοινωνίες, είναι ο ορθολογικός τρόπος διαχείρισης και διάθεσης των υγρών αποβλήτων. Ανάμεσα στις κύριες ρυπαντικές ουσίες των αστικών λυμάτων συγκαταλέγονται τα θρεπτικά συστατικά, άζωτο και φώσφορος, η ανεξέλεγκτη διάθεση των οποίων μπορεί να προκαλέσει μία σειρά από ανεπιθύμητα φαινόμενα, όπως ευτροφισμό, αποξυγόνωση των υδάτινων αποδεκτών, καθώς και τοξικότητα σε υδρόβιους οργανισμούς και ανθρώπους. Για την απομάκρυνση των θρεπτικών ουσιών από τα λύματα ή/και τα στραγγίδια από τα έργα επεξεργασίας της ιλύος, εφαρμόζονται, στην πλειονότητα των εγκαταστάσεων επεξεργασίας, βιολογικές μέθοδοι απομάκρυνσης αζώτου και φωσφόρου. Για την επίτευξη, όμως, υψηλών αποδόσεων είναι αναγκαία η παρουσία σημαντικών ποσοτήτων εύκολα βιοδιασπάσιμου οργανικού άνθρακα. Η προσθήκη εξωτερικής πηγής άνθρακα, όπως η αιθανόλη, το οξικό οξύ, κλπ, δεν θεωρείται ιδιαίτερα βιώσιμη λύση, καθώς αυξάνει το λειτουργικό κόστος της εγκατάστασης. Η αναερόβια υδρόλυση πρωτοβάθμιας ή/και δευτεροβάθμιας ιλύος έχει τη δυνατότητα παραγωγής εύκολα βιοδιασπάσιμου οργανικού άνθρακα με πολλαπλά οφέλη, καθώς η χρήση των τελικών προϊόντων της, κυρίως πτητικά λιπαρά οξέα, ως εξωτερική πηγή άνθρακα, μπορεί να βελτιώσει το βαθμό απόδοσης της απονιτροποίησης και της βιολογικής απομάκρυνσης φωσφόρου και να μειώσει το λειτουργικό κόστος της εγκατάστασης. Στην παρούσα διπλωματική εργασία, γίνεται μια προσπάθεια διερεύνησης της επίδρασης του χρόνου παραμονής στερεών στην αναερόβια υδρόλυση πρωτοβάθμιας ιλύος, καθώς και στα προϊόντα που παράγονται και, συγκεκριμένα, το οξικό, το προπιονικό, το ισοβουτυρικό και το βουτυρικό οξύ. Για το σκοπό αυτό, κατασκευάστηκε και λειτούργησε, για διάστημα έξι περίπου μηνών, εργαστηριακή μονάδα αναερόβιας ζύμωσης στο Εργαστήριο Υγειονομικής Τεχνολογίας της Σχολής Πολιτικών Μηχανικών του Ε.Μ.Π, η οποία συντίθεται από το σύστημα υδρόλυσης, που αποτελείται από έναν αναερόβιο όξινο αντιδραστήρα πλήρους μίξης, και το σύστημα πάχυνσης βαρύτητας της ιλύος. Η τροφοδοσία του αντιδραστήρα πραγματοποιούνταν καθημερινά με πρωτοβάθμια ιλύ από το Κέντρο Επεξεργασίας Λυμάτων της Ψυττάλειας (Κ.Ε.Λ.Ψ), ενώ εξετάστηκαν τρεις διαφορετικοί χρόνοι παραμονής στερεών, 2, 4 και 5 ημερών, σε θερμοκρασία περιβάλλοντος εργαστηρίου (19 – 21οC). Από την επεξεργασία των πειραματικών αποτελεσμάτων διαπιστώθηκε πως η συμπεριφορά της αναερόβιας υδρόλυσης της πρωτοβάθμιας ιλύος και η παραγωγή πτητικών λιπαρών οξέων επηρεάζονται σημαντικά από το χρόνο παραμονής στερεών. Η απόδοση των διεργασιών της υδρόλυσης και της οξεογένεσης αυξήθηκαν με την αύξηση του χρόνου παραμονής στερεών. Αναλυτικά, η απόδοση της υδρόλυσης προέκυψε ίση με 85, 118 και 155 mg CODΔιαλυτό/gr VSΕισόδου, ενώ της οξεογένεσης 67, 107, και 137 mg CODVFAs/gr VSΕισόδου για χρόνο παραμονής στερεών 2, 4 και 5 ημέρες, αντίστοιχα. Η απόδοση της αμμωνιοποίησης, ως αποτέλεσμα της υδρόλυσης των πρωτεϊνών, φαίνεται να αυξάνεται με την αύξηση του χρόνου παραμονής στερεών και κυμάνθηκε μεταξύ 7.1 – 9.3 mg NH4+-N /gr VSΕισόδου, τιμές χαμηλές που δεν προκαλούν προβλήματα τοξικότητας ή αποτυχίας της βιολογικής επεξεργασίας. Τα πτητικά λιπαρά οξέα (VFAs), οξικό, προπιονικό, βουτυρικό και ισοβουτυρικό, αποτελούν τα κυριότερα προϊόντα της αναερόβιας υδρόλυσης της πρωτοβάθμιας ιλύος, με το ποσοστό συμμετοχής τους στο συνολικό διαλυτό COD να αυξάνεται με το χρόνο παραμονής στερεών και να κυμαίνεται περίπου στο 81%. Ωστόσο, η κατανομή τους επί του συνόλου των VFAs, παρέμεινε σταθερή ανεξαρτήτως του χρόνου παραμονής, με τα ποσοστά για το οξικό, το προπιονικό, το βουτυρικό και το ισοβουτυρικό οξύ να είναι 44.5%, 37%, 15% και 3.5%, αντίστοιχα. Η αύξηση του εύκολα βιοδιασπάσιμου οργανικού φορτίου (COD) με την εφαρμογή της αναερόβιας υδρόλυσης της πρωτοβάθμιας ιλύος σε μία τυπική, για τα ελληνικά δεδομένα, εγκατάσταση επεξεργασίας αστικών λυμάτων, εκτιμάται ίση με 20 mg/L, που ισοδυναμεί με αύξηση κατά 25%, χρησιμοποιώντας τα αποτελέσματα που εξήχθησαν από την παρούσα έρευνα. Τέλος, σε σύγκριση που πραγματοποιήθηκε με παλαιότερες εργαστηριακές μελέτες του Εργαστήριου Υγειονομικής Τεχνολογίας του Ε.Μ.Π, με τα αποτελέσματα των εργαστηριακών συστημάτων αναερόβιας ζύμωσης πρωτοβάθμιας ιλύος, σε γενικές γραμμές, να συγκλίνουν, προκύπτει πως η βέλτιστη επιλογή χρόνου παραμονής στερεών και θερμοκρασίας είναι μεταξύ 2 - 4 ημερών και 20 - 27οC. Abstract One of the major environmental considerations faced by modern society is the rational handling and disposing of the liquid wastes. The nutrients, nitrogen and phosphorus, are among the main pollutants of municipal wastewater. The disposal of vast quantities of nutrients could cause several problems, such as eutrophication, reduction of the dissolved oxygen in surface or ground water and toxicity in aquatic organisms and humans. The most common nutrient removing methods applied in wastewater treatment plants are biological methods. These processes require considerable quantities of readily biodegradable organic carbon, in order to operate at high performance and achieve high rates of nutrients reduction. The addition of external carbon source, such as ethanol, acetic acid, etc., is not a sustainable solution, as it increases the operating cost. Anaerobic hydrolysis of primary or / and waste activated sludge is capable of producing readily biodegradable organic carbon with multiple benefits. The oxidized end products are mainly short-chain fatty acids and they can be used as external carbon source, to improve the efficiency of denitrification and biological phosphorus removal and reduce the operating cost of the wastewater treatment plant. This diploma thesis investigates the anaerobic hydrolysis of primary sludge and its products, volatile fatty acids (VFAs). To achieve this aim, a sludge hydrolysis pilot plant was constructed and operated for six months, in the Sanitary Engineering Laboratory of School of Civil Engineering at National Technical University of Athens. The laboratory simulation consists of an anaerobic acidic complete-mix reactor, and a sludge sedimentation system. The provision of the anaerobic digester was with primary sludge, originating from Psyttalia wastewater treatment plant. Three different solids retention time (SRT) investigated, 2, 4 and 5 days, at ambient temperature (19 – 21oC). According to the experimental results of this study, the performance of the anaerobic primary sludge hydrolysis and the volatile fatty acids production are influenced by the solids retention time. The efficiency of the processes of hydrolysis and acidification increased by increasing the solids retention time. Specifically, the rate of hydrolysis was equal to 85, 118 και 155 mg CODsolube/gr VSin and the rate of acidification was 67, 107, και 137 mg CODVFAs/gr VSin for solids retention time 2, 4 and 5 days, respectively. The release of ammoniac nitrogen, as a result of the proteins hydrolysis, increases with the fermentation time. The factor of the production of NH4+-N was in the range of 7.1 – 9.3 mg NH4+-N /gr VSin. This release does not cause toxicity problems or failure of biological treatment. The volatile fatty acids (VFAs), acetate, propionate, butyrate and isobutyrate acid, are the main products of the anaerobic primary sludge hydrolysis. The proportion of the VFAs to the total soluble COD increases as solids retention time increases and it is around 81%. Nevertheless, the distribution of the VFAs does not seem to be effected by solids retention time. The percentage of acetate, propionate, butyrate and isobutyrate acid is 44.5%, 37%, 15% and 3.5%, respectively. The increase of readily biodegradable organic mass (COD) in a typical Greek wastewater treatment plant with an anaerobic fermenter of primary sludge is estimated at 20 mg/L (increase 25%), according to the experimental data of this research. Finally, comparing the results of the lab-scale primary sludge anaerobic hydrolysis system examined in this diploma thesis with other similar systems, we conclude that the optimum hydrolysis rate and VFAs accumulation observe at solids retention time 2 - 4 days and temperature 20 – 27oC.	el
heal.advisorName	Μαμάης, Δανιήλ	el
heal.committeeMemberName	Νουτσόπουλος, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Μαμάης, Δανιήλ	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Πολιτικών Μηχανικών. Τομέας Υδατικών Πόρων και Περιβάλλοντος. Εργαστήριο Υγειονομικής Τεχνολογίας	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	163 σ.	el
heal.fullTextAvailability	true