Κομποστοποίηση προϊόντος βιομάζας από υπολείμματα τροφών

Μπατσαλιά, Μαρία; Batsalia, Maria

dc.contributor.author	Μπατσαλιά, Μαρία	el
dc.contributor.author	Batsalia, Maria	en
dc.date.accessioned	2019-10-08T09:40:46Z
dc.date.available	2019-10-08T09:40:46Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/49272
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.16970
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	Κομποστοποίηση	el
dc.subject	Οικιακά απόβλητα	el
dc.subject	Υπολείμματα τροφών	el
dc.subject	Οικιακός κομποστοποιητής	el
dc.subject	Κομποστοποίηση μεγάλης κλίμακας	el
dc.subject	Composting	en
dc.subject	Municipal solid waste	en
dc.subject	Home composting bin	en
dc.subject	Large scale composting	en
dc.subject	Forbi	en
dc.title	Κομποστοποίηση προϊόντος βιομάζας από υπολείμματα τροφών	el
dc.title	Composting of a biomass product derived from food waste	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Περιβαλλοντική μηχανική	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2019-07-03
heal.abstract	Τα τελευταία χρόνια η Ευρωπαϊκή Ένωση έχει θεσπίσει νέους νόμους σχετικά με τη διαχείριση των στερεών αποβλήτων. Ένας από αυτούς αναφέρει ότι τα κράτη μέλη της Ε.Ε. πρέπει να μειώσουν το ποσοστό των οργανικών αποβλήτων που καταλήγουν στα ΧΥΤΑ αλλιώς υφίστανται πρόστιμα. Προτείνεται διαλογή στην πηγή των οργανικών αποβλήτων και επεξεργασία τους με κομποστοποίηση ή αναερόβια χώνευση. Στην Ελλάδα ένα από τα προγράμματα διαλογής στην πηγή των οργανικών αποβλήτων είναι το Waste4think. Στα πλαίσια του προγράμματος, υπολείμματα τροφών από το Δήμο Χαλανδρίου συλλέγονται και επεξεργάζονται (ξήρανση, τεμαχισμός), το προϊόν της επεξεργασίας ονομάζεται FORBI (Food Residue Biomass). Ο στόχος της παρούσας διπλωματικής ήταν η βελτιστοποίηση της αξιοποίησης του προϊόντος βιομάζας από τα προδιαλεγμένα υπολείμματα τροφών με στόχο την παραγωγή κομπόστ. Κομποστοποίηση είναι η ελεγχόμενη αερόβια αποσύνθεση της οργανικής ύλης από διαφορετικούς μικροοργανισμούς. Είναι μια οξειδωτική διεργασία και παράγει θερμότητα, νερό, CO2 και κομπόστ που μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως εδαφοβελτιωτικό.Είναι ένα σταθεροποιημένο υλικό που μπορεί να χρησιμοποιηθεί με ασφάλεια και δεν περιέχει παθογόνους μικροοργανισμούς. Οι πιο σημαντικοί παράγοντες που επηρεάζουν την κομποστοποίηση είναι το υπόστρωμα, το μέγεθος σωματιδίων, η αναλογία άνθρακα/αζώτου, το ποσοστό υγρασίας, η παροχή οξυγόνου και το pH. Συνολικά για να παραχθεί ένα προϊόν σταθεροποιημένο και ώριμο απαιτούνται περίπου 6 μήνες, ανάλογα με το υπόστρωμα και το σύστημα κομποστοποίησης. Πραγματοποιήθηκαν δύο πειράματα, ένα μικρής κλίμακας και ένα μεγάλης κλίμακας. Το πείραμα μικρής κλίμακας έγινε σε οικιακό κομποστοποιητή με 40 kg υλικού, ο κομποστοποιητής τοποθετήθηκε έξω από το Εργαστήριο Οργανικής Χημικής Τεχνολογίας. Περιείχε κλαδέματα-FORBI-γρασίδι με αναλογία υγρού βάρους (5 : 3 : 1). Το πείραμα μεγάλης κλίμακας πραγματοποιήθηκε σε στεγασμένο σειράδι με 4 τόνους υλικού, στον Ορχομενό Βοιωτίας. Η αναλογία υγρού βάρους των υλικών ήταν FORBI-κλαδέματα 1:1. Ως διογκωτικός παράγοντας (bulking agent) χρησιμοποιήθηκαντεμαχισμένα κλαδέματα από το Δήμο Χαλανδρίουκαι στα δύο πειράματα. Δεν προστέθηκε αρχική καλλιέργεια μικροοργανισμών. Το υλικό και στα δύο πειράματα αναδευόταν καθημερινά με μηχανική ανάδευση για να εξασφαλισθεί η παροχή οξυγόνου στους μικροοργανισμούς. Επίσης όταν η υγρασία ήταν χαμηλή γινόταν προσθήκη νερού. Για την παρακολούθηση της θερμοκρασίας προστέθηκαν καταγραφικά. Για την παρακολούθηση και τον έλεγχο της διεργασίας πραγματοποιήθηκαν οι μετρήσεις: Υγρασία, pH, Ηλεκτρική Αγωγιμότητα (EC), Πτητικά Στερεά (Volatile Solids), Ολικό Άζωτο κατά Κένταλ (Total Kjeldahl Nitrogen), Ολικός Οργανικός Άνθρακας (Total Organic Carbon), Δείκτης Βλάστησης (Germination Index), Χουμικά Οξέα (Humic Acids). Η κομποστοποίηση μικρής κλίμακας διατήρησε τη θερμόφιλη φάση (θερμοκρασία>55 °C) για 11 μέρες, με υψηλότερη ημερήσια θερμοκρασία τους 63 °C. Συνολικά η θερμοκρασία ήταν πάνω από 40°C για 24 μέρες. Έπειτα ακολούθησε σταδιακή πτώση της θερμοκρασίας και ο σωρός έφτασε τη θερμοκρασία περιβάλλοντος. Η κομποστοποίηση μεγάλης κλίμακας διατήρησε τη θερμόφιλη φάση για 18 μέρες, έπειτα η θερμοκρασία έπεσε στους 40 °C αλλά ξανανέβηκε στα θερμοφιλικά επίπεδα. Συνολικά η θερμοκρασία ήταν πάνω από 40°Cγια 68 μέρες. Η υψηλότερη ημερήσια θερμοκρασία ήταν 71 °C. Το κομπόστ πρέπει να διατηρήσει θερμοκρασία >55 °C για 15 μέρες για να θεωρηθεί ασφαλές από υγειονομική άποψη. Τα πτητικά στερεά αποτελούν δείκτη της οργανικής ύλης του κομπόστ. Η αρχική ύλη του πειράματος μικρής κλίμακας περιείχε 88% πτητικά στερεά ενώ της μεγάλης κλίμακας 90%. Μετά από 6 μήνες και τα δύο πειράματα είχαν πτητικά στερεά κοντά στο 72%. Και τα δύο πειράματα ξεκίνησαν με όξινο pH, κοντά στο 6, και κατέληξαν σε βασικό (8-9). Η ηλεκτρική αγωγιμότητα παρέμεινε σχετικά σταθερή στο 2-3 mS/cm, το κομπόστ μικρής κλίμακας παρουσίασε αύξηση προς το τέλος, έφτασε τα 5 mS/cm. Την πρώτη μέρα της κομποστοποίησης το οργανικό άζωτο (TKN) ήταν 2.2% και τον τελευταίο μήνα ήταν 2.7%. Στο σειράδι την πρώτη μέρα ήταν 1.8% και τον τελευταίο μήνα ήταν 3.1%. Ο ολικός οργανικός άνθρακας αρχικά ήταν 50% και στα δύο κομπόστ. Στον οικιακό κομποστοποιητή έφτασε το 41% στο τέλος της κομποστοποίησης. Ο λόγος άνθρακα/αζώτου ξεκίνησε από 22:1 και κατέβηκε στο 15:1 στον οικιακό κομποστοποιητή. Ο αρχικός λόγος άνθρακα/αζώτου στο σειράδι ήταν 29:1. Για την εξέταση της ωριμότητας του κομπόστ χρησιμοποιήθηκε ο δείκτης φυτοτοξικότητας: Germination Index. Χρησιμοποιήθηκαν σπόροι κάρδαμου (Lepticum Sativum) καθώς είναι ταχείας ανάπτυξης και ενδείκνυνται για τεστ φυτοτοξικότητας. Το κομπόστ μεγάλης κλίμακας παρουσίασε G.I.>80% και κρίνεται μη φυτοτοξικό ενώ το κομπόστ μικρής κλίμακας παρουσίασε G.I.<80% και κρίνεται φυτοτοξικό. Όσον αφορά τις υγειονομικές απαιτήσεις, το κομπόστ μεγάλης κλίμακας είναι απαλλαγμένο από παθογόνους μικροοργανισμούς. Επιπλέον έχει καλή αναλογία αζώτου/φωσφόρου/καλίου και είναι πλούσιο σε οργανική ύλη. Οι λειτουργικές παράμετροι διατηρήθηκαν στα επιθυμητά επίπεδα και οι διεργασίες διεξήχθηκαν ομαλά. Συμπερασματικά η κομποστοποίηση μεγάλης κλίμακας παρήγαγε καλύτερο προϊόν από την κομποστοποίηση μικρής κλίμακας. Είναι ένα ασφαλές υλικό, πλούσιο σε σταθεροποιημένη οργανική ύλη και με σωστή αναλογία θρεπτικών συστατικών. Ο συνδυασμός της διαλογής στην πηγή των τροφικών υπολειμμάτων και της κομποστοποίησης σε στεγασμένο σειράδι κρίνεται αποτελεσματικός στην μετατροπή ενός υλικού που θα κατέληγε στο ΧΥΤΑ σε ένα χρήσιμο οργανικό υλικό που μπορεί να εναποτεθεί με ασφάλεια στο έδαφος.	el
heal.abstract	''Composting of a biomass product derived from food waste'' In recent years the European Union has enacted new laws regarding the treatment of solid wastes. One such law states that the members of the EU must reduce the percentage of organic wastes that end up in landfills by a certain date or they will face penalties. Source separation of organic wastes and treatment with composting or anaerobic digestion is encouraged. In Greece one of the programs involved in source separation of organic wastes is Waste4think. Within the program, food wastes from Chalandri (Athens) are collected and processed (they are dried and shredded), the processed material is called FORBI (Food Residue Biomass). The purpose of my thesis was to optimize the utilization of the biomass product derived from source separated food waste in order to produce compost. Composting is the controlled aerobic decomposition of organic matter with a succession of different microorganisms. It is an oxidative process that produces heat, water, CO2 and compost that can be used as a soil amendment. Compost is a stable material that is safe to use and does not contain pathogens. The most important factors that influence composting are the starting material, particle size, carbon to nitrogen ratio, water content, oxygen supply and pH. From beginning to end the process takes about 6 months to produce a stabilized and mature product depending on the substrate and the composting system. Two experiments were conducted, the fist was a small scale experiment and the second a large scale experiment. The small scale experiment took place in a home composting bin with 40 kg of material, the bin was placed outside the Organic Chemical Technology Lab. The material in the bin was prunings-FORBI-grass in wet weight ratio (5:3:1). The large scale experiment was conducted in a roofed windrow in Orchomenos (Viotia) with 4 tonnes of material. The wet weight ratio was FORBI:prunings 1:1. Prunings from Chalandri were used as a bulking agent in both experiments. Inoculants were not added in any of the experiments. The compost piles were turned manually every day to ensure adequate oxygen supply to the microbes. Water was added when necessary to maintain adequate moisture levels.Temperature sensors were placed in the compost piles to monitor and record the temperature. In order to monitor and control the process the following measurements were performed: Water Content, pH, Electric Conductivity, Volatile Solids, Total Kjeldahl Nitrogen, Total Organic Carbon, Germination Index and Humic Acids. The small scale composting pile maintained the thermophilic phase (temperature above 55°C) for 11 days, the maximum daily temperature was 63°C. Temperatures above 40 °C were maintained for 24 days. The pile then slowly reached ambient temperature. The large scale experiment maintained the thermophilic phase for 18 days, then there was a drop to 40°C followed by the continuation of thermophilic temperatures. Temperatures above 40 °C were maintained for 68 days. The highest daily temperature was 71 °C. The compost must maintain temperature above 55°C for 15 days to be considered hygenised. Volatile solids are indicators of the organic matter in compost. The substrate of the small scale experiment contained 88% volatile solids and the large scale 90%. After six months both composts contained 72% volatile solids. Both experiments started with acidic pH, around 6, and ended with alkaline pH (8-9). Electrical conductivity remained relatively stable at 2-3mS/cm, in the small scale compost there was a rise to 5 mS/cm in the last phase. On the first day, the total Kjeldahl nitrogen in the home composting bin was 2.2% and at the last month it was 2.7%. In the windrow experiment the total kjeldahl nitrogen in the beginning was 1.8% and at the last month it was 3.1%. The total organic carbon on the initial phase of composting was around 50% in both composts. On the last phase of composting it was around 41% in the home composting bin.Carbon to nitrogen ratio started at 22:1 and ended at 15:1 in the home composting bin. The initial carbon to nitrogen ratio in the windrow was 29:1. Germination index was used as a maturity index for the composts. Garden cress seeds (Lepidium sativum) were used since they grow fast and are recommended for seed germination tests. The large scale compost had a G.I. value >80% and was deemed non phytotoxic, the small scale compost had a G.I. value <80% and was deemed phytotoxic. In respect to sanitization requirements, compost from the large scale experiment is free of pathogens. Moreover it has a good nitrogen/phosphorus/potassium ratio and is rich in organic matter. Operating parameters were within the intended limits and the processes were conducted without problems. In conclusion the large scale composting produced a better product than small scale composting. It is a safe product, rich in stabilized organic matter and good nutrient ratio. Source separation of food wastes in combination with roofed windrow composting proved to be effective in transforming a material that would otherwise be landfilled into a useful organic material that can be applied to the soil.	en
heal.advisorName	Λυμπεράτος, Γεράσιμος	el
heal.committeeMemberName	Βλυσίδης, Απόστολος	el
heal.committeeMemberName	Λυμπεράτος, Γεράσιμος	el
heal.committeeMemberName	Παπαδόπουλος, Γεώργιος	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	84 σ.
heal.fullTextAvailability	true