Παραγωγή κόμποστ από ζυμώσιμα οικιακά απορρίμματα

Ζγκούρη, Σοφία; Zgkouri, Sofia

dc.contributor.author	Ζγκούρη, Σοφία	el
dc.contributor.author	Zgkouri, Sofia	en
dc.date.accessioned	2018-07-13T11:01:29Z
dc.date.available	2018-07-13T11:01:29Z
dc.date.issued	2018-07-13
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/47299
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.15189
dc.rights	Default License
dc.subject	Κομποστοποίηση	el
dc.subject	Οικιακά ζυμώσιμα απορρίμματα	el
dc.subject	Ζυμώσιμα απορρίμματα	el
dc.subject	Απορρίμματα	el
dc.subject	Διαχείριση των στερεών αποβλήτων	el
dc.subject	Composting	en
dc.subject	Fermentable household waste	el
dc.subject	Household waste	el
dc.subject	Waste	el
dc.subject	Forbi	el
dc.subject	Waste management policy	el
dc.title	Παραγωγή κόμποστ από ζυμώσιμα οικιακά απορρίμματα	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Διαχείριση απορριμμάτων	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2018-02-22
heal.abstract	Η ευρωπαϊκή νομοθεσία έχει προχωρήσει στην έκδοση κανονισμών, δηλαδή δεσμευτικών νομοθετικών πράξεων για τα κράτη μέλη της ΕΕ, σχετικά με τη διαχείριση των στερεών αποβλήτων. Στα πλαίσια εφαρμογής των παραπάνω κανονισμών έχει παρατηρηθεί μια ανανέωση του ενδιαφέροντος για τη βιολογική επεξεργασία στερεών αποβλήτων. Οι μέθοδοι διαχείρισης που χρησιμοποιούνταν παλιότερα (απόθεση, υγειονομική ταφή) τείνουν να περιοριστούν. Αντίθετα, η ελεγχόμενη αερόβια κομποστοποίηση (βιοσταθεροποίηση) προκύπτει ως μια από τις πιο επικρατούσες μεθόδους διαχείρισης στερεών αποβλήτων, που συμπνέει με τους πυλώνες της κυκλικής οικονομίας (sustainability). Σημαντικές ποσότητες οργανικών αποβλήτων μετά από Διαλογή στην Πηγή (ΔσΠ) κομποστοποιούνται σε πολλές Ευρωπαϊκές χώρες, ενώ παράλληλα αυξάνει και η χρήση της αναερόβιας χώνευσης. Το παραγόμενο κομπόστ από διαλεγμένα στην πηγή οργανικά διατίθεται χωρίς πρόβλημα στην αγορά. Η κομποστοποίηση βασίζεται στην παρουσία, ανάπτυξη και διαδοχή ενός μεγάλου πλήθους και ειδών μικροοργανισμών, υπό κατάλληλες συνθήκες, οι οποίοι βιοοξειδώνουν τις οργανικές ενώσεις παράγοντας διοξείδιο του άνθρακα, νερό και θερμότητα, ενώ το τελικό προϊόν που απομένει αποτελεί εδαφοβελτιωτικό απαλλαγμένο από παθογόνους μικροοργανισμούς, είναι βιολογικά σταθεροποιημένο, με υψηλή περιεκτικότητα σε οργανική ουσία και αξιόλογο ποσοστό θρεπτικών στοιχείων, κυρίως άζωτο, φώσφορο και κάλιο. Για τη βελτιστοποίηση της διαδικασίας της κομποστοποίησης, οι μικροοργανισμοί απαιτούν συγκεκριμένες συνθήκες, η παρέκκλιση των οποίων μπορεί να επηρεάσει έως και σταματήσει την διαδικασία. Οι σημαντικότεροι παράμετροι είναι τα υλικά προς κομποστοποίηση (υποστρώματα) , ο αρχικός και τελικός λόγος άνθρακα/αζώτου (λόγος C/N) με ιδανικό εύρος τελικού 25/1 έως 30/1, η υγρασία 35% - 60%, το pH 6 έως 8.5 και η κοκκομετρία των υλικών. Επίσης σημαντική παράμετρος είναι και η διακύμανση της θερμοκρασίας κατά τη διαδικασία, καθώς από αυτή εξαρτώνται άμεσα τα είδη και το πλήθος των μικροοργανισμών που αναπτύσσονται σε κάθε φάση. Στα πλαίσια της παρούσας διπλωματικής εργασίας χρησιμοποιήθηκε ως υπόστρωμα βιοσταθεροποίησης για κομποστοποίηση ένα καινοτόμο προϊόν βιομάζας το Forbi – Food Residue Biomass. To Forbi είναι αποτέλεσμα επεξεργασίας (τεμαχισμός και ξήρανση) οικιακών απορριμμάτων, διαλεγμένων στην πηγή, στο Δήμο Χαλανδρίου, στα πλαίσια εφαρμογής του Ευρωπαϊκού πιλοτικού προγράμματος Waste4Think. Εξετάστηκε η διαδικασία της αερόβιας χώνευσης σε οικιακό κομποστοποιητή όγκου 280 L, κλειστού τύπου κατασκευασμένου από 100% ανακυκλωμένο υλικό (ΡΡ). Ο αερισμός και η ομογενοποίηση του υλικού επιτεύχθηκαν με χειροκίνητη ανάδευση. Επιπλέον, οι αισθητήρες καταγραφής θερμοκρασίας τοποθετήθηκαν στον κύριο όγκο του υλικού. Ως υποστρώματα προς κομποστοποίηση χρησιμοποιήθηκαν σκέτο Forbi για τη μία σωρό και forbi με κλαδέματα κήπου σε αναλογία 62,5% forbi - 31,25 % κλαδέματα για τη 2η σωρό. Και στις 2 σωρούς προστέθηκαν 5 kg ώριμου κόμποστ από προηγούμενες κομποστοποιήσεις που είχαν λάβει χώρα στο Εργαστήριο Οργανικής Χημικής Τεχνολογίας. Τέλος, εξετάστηκε η κομποστοποίηση μιας σωρού με σκέτα κλαδέματα κήπων και ώριμο κόμποστ, οποία όμως δεν έφτασε ποτέ σε θερμοφιλικές συνθήκες . Η θερμόφιλη φάση της κομποστοποίησης του forbi (T > 45oC) διήρκησε 73 μέρες , με μέγιστη θερμοκρασία 67,6 ͦC . Η σωρός διατήρησε θερμοκρασία άνω των 55 oC για χρονικό διάστημα 37 ημερών, που εξασφαλίζει την υγειονοποίηση του κόμποστ. Η θερμόφιλη φάση της 2ης ανάμεικτης σωρού (forbi&κλαδέματα) διήρκησε 69 μέρες και έπιασε μέγιστη θερμοκρασία 70,8 ͦC. Η σωρός αυτή κράτησε θερμοκρασία άνω των 55 ͦC για 53 ημέρες. Τέλος , η 3η σωρός με τα κλαδέματα δεν ανέβασε θερμοκρασία πάνω από 30 ͦC , οπότε θεωρείται πως δεν ολοκληρώθηκε η διαδικασία της βιοσταθεροποίησης. Καθ’ όλη τη διάρκεια της κομποστοποίησης των σωρών μετρούνταν και ελέγχονταν η υγρασία του σωρού, η οποία με προσθήκη νερού διατηρούνταν στο επιθυμητό ποσοστό 35%. Επιπλέον καταγράφονταν φυσικοχημικές ιδιότητες όπως το pH, η αγωγιμότητα , τα ολικά στερεά (Total Solids – TS) , τα πτητικά στερεά (Volatile Solids – VS). Πραγματοποιούταν δειγματοληψία σε εβδομαδιαία βάση από τις σωρούς στη διάρκεια εξέλιξης της βιοσταθεροποίησης , και τα δείγματα αποθηκεύονταν στο ψυγείο στους 4 ͦC για μελλοντικές αναλύσεις. Πραγματοποιήθηκαν χημικές αναλύσεις στα δείγματα , για παρακολούθηση της τάσης του αζώτου (ΤΚΝ , αμμωνιακά) και του ολικού οργανικού άνθρακα (TOC) από την αρχή μέχρι τη φάση της ωρίμανσης, για καθένα από τα 2 κόμποστ. Επιπλέον μετρήθηκε η περιεκτικότητα των τελικών προϊόντων σε κάλιο, φώσφορο και βαρέα μέταλλα και διεξήχθησαν και κάποια τεστ φυτοθρεπτικότητας. Tα 2 κόμποστ είχαν πτητικά στερεά μεταξύ 75% και 80% στο τέλος της βιοσταθεροποίησης , ξεκινώντας από το 90% . Επιπλέον , τα ώριμα κόμποστ ήταν ελαφρώς αλκαλικά με pH λίγο κάτω από το 9, και με ελαφρά αυξημένη ηλεκτρική αγωγιμότητα μεταξύ 6 και 7 mS/cm. Ο λόγος C/N είναι αρχικά 20% για το 1ο κόμποστ (forbi) και 15,9% για το 2ο κόμποστ (forbi&prunings). Τα ώριμα κόμποστ έχουν τελικό λόγο C/N 6,2 και 7,3 το 1ο και το 2ο κόμποστ αντίστοιχα .Όσον αφορά την περιεκτικότητα σε βαρέα μέταλλα , τα ώριμα κόμποστ ήταν εντός των ορίων που θέτει η ΕΕ. Επιπλέον , τα 2 κόμποστ παρουσίασαν καλή περιεκτικότητα σε φώσφορο σε συμφωνία με το κόμποστ εμπορίου , αλλά αρκετά αυξημένη περιεκτικότητα σε άζωτο (%ΤΚΝ), κάλιο και νάτριο. Τα τελικά προϊόντα είναι καλές πηγές ασβεστίου για το χώμα, ενώ παρατηρούνται και ελαφρά ανεβασμένες τιμές μαγνησίου σε σχέση με τη βιβλιογραφία. Επιπλέον , η τελική περιεκτικότητα σε αμμωνιακό άζωτο είναι αρκετά υψηλή και για τα 2 κόμποστ. Τα τεστ φυτοθρεπτικότητας έδειξαν πως η φυτοθρεπτικότητα των κόμποστ βελτιώνεται με τη πάροδο του χρόνου και πως το κόμποστ με υπόστρωμα forbi&κλαδέματα ωρίμασε πιο γρήγορα σε σχέση με το κόμποστ του forbi. Οστώσο , και τα 2 τελικά προιόντα κρίθηκαν ώριμα με βάση το τεστ φυτοθρεπτικότητας. Συμπερασματικά , για μελλοντική εφαρμογή του forbi σε συστήματα κομποστοποίησης , προτείνεται η χρήση του ως υλικό συγκομποστοποίησης αφού προέκυψε καλύτερο σταθερότερο και πιο ώριμο τελικό προϊόν συγκομποστοποίησης σε σύγκριση με το σκέτο forbi. Τέλος , ως μελλοντική έρευνα, προτείνεται η χρήση forbi σε συνδυασμό με υλικό υψηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα , για μεγαλύτερο αρχικό λόγο C/N.	el
heal.abstract	The European legislation has proceeded in the establishment of regulations, a.k.a strict legislative actions for the member states of the European Union, concerning the solid waste management policy. In that direction there is a rising interest on biological treatment methods of solid organic waste. The treatment methods that were used in the past, like landfills, are significantly limited. On the contrary, the controlled aerobic composting process appears to be one of the predominant methods of solid waste management , which is in accordance with circular economy concepts (sustainability). Big quantities of organic waste are getting composted after source separation in many European countries. Anaerobic digestion is also an interesting alternative for the treatment of solid organic waste. The compost deriving from source separation waste can then be easily available on the market. Composting process is based on the presence, development and sequence of many different types of microorganisms which, under suitable conditions, biooxidize the organic compounds producing carbon dioxide, water and heat. The final remaining product is a soil amendment, free of pathogens, biologically stable, with high organic matter content and important nutritional elements, mainly nitrogen, phosphorus and potassium. For the optimization of the composting process, microorganisms require specific conditions. Deviations from these conditions might affect severely, even stop completely, the whole process. The most important parameters are the materials used for composting (substrates), the initial and final carbon to nitrogen ratio (C/N), which is optimum in the range of 25/1 – 30/1, the moisture that should be 35%-60%, the pH that should be between 6 and 8.5, and the particle size of the substrate. In addition , temperature variation during the composting process is an important factor, since it affects the amount and species of microorganisms that develop in all phases. Within the framework of this thesis, a material called Forbi (Food Residue Biomass-product) was used as a substrate for composting. Forbi is a novel biomass produced by shredding and drying of source separated food waste at the municipality of Halandri, during the implementation of Waste4think project funded by the European Union. The process of aerobic composting took place in a pilot scale composter, closed-type, of 280L volume made of 100% recycled material (PP). Aeration and homogenization of the material were achieved through manual mixing. For the temperature monitoring, sensors recording temperature were put in the bulk of the composted material. Forbi itself and a combination of forbi and prunings were used as substrates for composting. 5kg of mature compost were used as inoculum in both cases. A third compost run took place, consisting entirely of prunings and inoculum which failed to procced to the thermophilic phase. The thermophilic phase (T > 45oC) of forbi composting lasted for 73 days, reaching up to 67,6 ͦC maximum temperature. The temperature remained above 55 ͦC for 37 days , which ensures the hygienization of the compost. The thermophilic phase of the second compost (forbi&prunings) lasted for 69 days and reached up to maximum temperature 70,8 ͦC. This run preserved a temperature above 55 ͦC for 53 days. The 3rd compost that consisted only of prunings did not manage to reach to thermophilic conditions. During the composting process, the moisture was measured and was monitored to remain stable at 35% by addition of water. Physicochemical properties like pH , electrical conductivity, total solids (TS), volatile solids (VS) were measured in a regular basis. Samples were taken once a week and stored in the fridge at 4 ͦC for future analysis. Chemical analyses were carried out for recording of the nitrogen (TKN , ammonia , nitrate, nitrite) and total organic carbon trend (TOC), from the start of the composting to the maturity phase for each of the first 2 compost runs. In the final mature composts, potassium, phosphorus and heavy metals were measured, and some germination tests were carried out. The volatile solids of the final composts were between 75% and 80%, starting from 90%. The mature composts were slightly alkaline with a pH value close to 9, and portrayed elevated electrical conductivity between 6 and 7 mS/cm. As for nutrient content, the initial C/N ratio is 20% and 15,9% for the 1st (forbi) and the 2nd (forbi&prunings) compost respectively. The mature composts have low C/N values : the first has 6,2 and the second 7,3. Concerning heavy metals, both composts where within the European Union limits for heavy metal content in composts. Also, the 2 composts have good phosphorus content in accordance with market compost, but elevated nitrogen content (%TKN), potassium and sodium. The final composts are good calcium sources for the soil, while they contain slightly more magnesium than expected according to literature. The phytotoxicity tests showed that the germination index increases with time and the 2nd compost matures more quickly than the 1st one. Nevertheless, both final composts were found to be mature according to the phytotoxicity tests. In conclusion, the use of forbi as a co-composting material is highly recommended for future applications since the 2nd compost run (forbi and prunings) gave a more stable and mature compost compared to the 1st compost run (forbi). Last but not least, the composting of forbi in combination with a material high in carbon content is recommended as a future investigation, so that the initial C/N ratio is higher.	en
heal.sponsor	Waste4think / Horizon 2020	en
heal.advisorName	Λυμπεράτος, Γεράσιμος	el
heal.committeeMemberName	Βλυσίδης, Ανέστης	el
heal.committeeMemberName	Καλογήρου, Ιωάννης	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Σύνθεσης και Ανάπτυξης Βιομηχανικών Διαδικασιών (IV). Εργαστήριο Οργανικής Χημικής Τεχνολογίας	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	98 σ.
heal.fullTextAvailability	true