Αξιοποίηση του υπολείμματος αναερόβιου χωνευτήρα (στερεό κλάσμα)

Μπίας, Νικόλαος; Bias, Nikolaos

dc.contributor.author	Μπίας, Νικόλαος	el
dc.contributor.author	Bias, Nikolaos	en
dc.date.accessioned	2020-03-10T10:24:27Z
dc.date.available	2020-03-10T10:24:27Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/49927
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.17625
dc.rights	Default License
dc.subject	Αναερόβια χώνευση	el
dc.subject	Κομποστοποίηση	el
dc.subject	Αξιοποίηση	el
dc.subject	Στερεό	el
dc.subject	Digestate	en
dc.subject	Valorization	en
dc.subject	Compost	en
dc.subject	Solid	en
dc.subject	Fraction	en
dc.title	Αξιοποίηση του υπολείμματος αναερόβιου χωνευτήρα (στερεό κλάσμα)	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Χημική μηχανική	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2019-09-26
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. Η πιο συνήθης πρόταση αφορά στη διαλογή στην πηγή των οργανικών αποβλήτων και την 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) και το προϊόν της επεξεργασίας ονομάζεται FORBI (Food Residue Biomass). Η κύρια χρήση του στο πρόγραμμα είναι ως πρώτη ύλη για αναερόβια χώνευση, από την οποία παράγεται βιοαέριο. Ωστόσο, η διεργασία αυτή δεν είναι απολύτως «καθαρή» καθώς αφήνει πίσω της ως απόβλητο το χωνεμένο υπόλειμμα ή digestate. Ο στόχος της παρούσας διπλωματικής ήταν ο διαχωρισμός του αποβλήτου σε στερεό και υγρό κλάσμα και η δυνητική αξιοποίησή του στα πλαίσια του προγράμματος Waste4Think. Αναερόβια χώνευση είναι η βιολογική διεργασία κατά την οποία οργανικό υλικό, απουσία οξυγόνου, μετατρέπεται σε μεθάνιο και διοξείδιο του άνθρακα. Η πρώτη ύλη υδρολύεται και εισέρχεται στον αντιδραστήρα απουσία οξυγόνου. Μέσω διαφόρων βακτηρίων διασπώνται οι σύνθετες πολυμερικές ενώσεις όπως πρωτείνες, υδατάνθρακες και λίπη σε μικρότερες ενώσεις όπως οξικό οξύ. Έπειτα δρουν μεθανογενή βακτήρια παράγοντας μεθάνιο και διοξείδιο του άνθρακα. Πρόκειται για ένα ανομοιογενές μίγμα με στερεά το οποίο είναι πλούσιο σε συστατικά όπως το άζωτο, ο φώσφορος και το κάλιο. Ωστόσο, αναλόγως την προέλευση του μπορεί να περιέχει και παθογόνους μικροοργανισμούς ενώ περιέχει και σχετικά μεγάλες ποσότητες αμμωνιακών ιόντων. Στην παρούσα εργασία ένας τρόπος για την άμεση αξιοποίησή του θεωρήθηκε πως θα ήταν η προσθήκη του ως υγρασία σε κομποστοποίηση μικρής κλίμακας με FORBI και κλαδέματα. Το digestate που χρησιμοποιήθηκε προέρχεται από αναερόβιο χωνευτήρα CSTR 4m3 ο οποίος χρησιμοποιεί FORBI ως τροφοδοσία. 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. 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. Η αρχική αναλογία FORBI και κλαδεμάτων ήταν 1:1 καθώς έχει ήδη κριθεί επιτυχής και μας ενδιέφερε η επίδραση που θα είχε η προσθήκη του υπολείμματος αντί για νερό. Η αρχική ποσότητα ήταν 70kg (35kg FORBI και 35kg κλαδέματα). Κατά τη διάρκεια του πειράματος, η θερμοκρασία ανέβηκε από τις πρώτες μέρες όπως είναι επιθυμητό, ωστόσο είχε έντονες διακυμάνσεις. Έμεινε πάνω από τους 55 οC για 6 μέρες ενώ πάνω από 50 οC για 17. Προστέθηκαν σε σύνολο 104 kg digestate (περίπου 104 L). Συγκριτικά με το ήδη μελετημένο κομπόστ, οι διαφορές σε αγωγιμότητα, pH, θερμοκρασίας, πτητικών στερεών και ολικού οργανικού άνθρακα δεν ήταν σημαντικές. Εντούτοις, το ολικό άζωτο κατά Kjeldahl, η αναλογία άνθρακα αζώτου και η φυτοτοξικότητα του τελικού προϊόντος διέφεραν. Το άζωτο ήταν 4,1% (κατά 1,5% περισσότερο), η αναλογία 11,2 (κατά 4 μονάδες μικρότερη) και ο δείκτης φυτοτοξικότητας για κάθε αραίωση έκρινε το κομπόστ τουλάχιστον μη φυτοτοξικό σε αντίθεση με το φυτοτοξικό που είχε προκύψει από το προηγούμενο πείραμα. Σχετικά με τον διαχωρισμό, δοκιμάστηκαν 2 μέθοδοι. Η πρώτη αφορούσε στη χρήση ενός σακκόφιλτρου με τη βοήθεια μόνο της βαρύτητας καθότι οικονομική και απλή. Η άλλη μέθοδος σχετιζόταν με την κροκίδωση του digestate με πολυ-ηλεκτρολύτη. Με τα σακκόφιλτρα όπως αναμενόταν, ο διαχωρισμός έγινε με αργό ρυθμό, αφού τρία 24ωρο δεν αρκούσαν για την ολοκλήρωσή του. Ο λόγος είναι το μικρό πορώδες του, το οποίο κάνει μεν πιο αποτελεσματικό τον διαχωρισμό, αλλά χρονοβόρο δε αφού κάποια στιγμή τα πολλά στερεά εμποδίζουν το υγρό να περάσει. Με το κροκιδωτικό, βρέθηκε ότι 100 ml από 0,2% διάλυμα κροκιδωτικού αρκούν για την κροκίδωση 1L χωνεμένου υπολείμματος. Αυτή η ποσότητα στις ανάγκες του αντιδραστήρα ο οποίος παράγει 200L/d εκροή, σημαίνει μεγάλη χρήση νερού για την παρασκευή κροκιδωτικού διαλύματος και πιθανώς να μην είναι η κατάλληλη λύση. Συμπερασματικά, τα αποτελέσματα της κομποστοποίησης μικρής κλίμακας ήταν θετικά, έως και θετικότερα από την ήδη δοκιμασμένη με προσθήκη απλού νερού, δείχνοντας ότι το χωνεμένο υπόλειμμα μπορεί να αξιοποιηθεί ως προστιθέμενη υγρασία. Όσον αφορά στον διαχωρισμό, πιο αποτελεσματική μέθοδος είναι η κροκίδωση, ενώ πιο απλή και εφικτή τα σακκόφιλτρα, διαφορετικού πορώδους ωστόσο. Μια χρήσιμη μελλόντικη προσέγγιση θα ήταν ο συνδυασμός των 2 μεθόδων ώστε να μπορεί να συλλεχθεί μεγάλη ποσότητα στερεού. Επιπλέον, μελλοντικά μπορεί να δοκιμαστεί και η κομποστοποίηση με το στερεό από την αναερόβια χώνευση αντί του FORBI ή να κριθεί αν μόνο του είναι κατάλληλο για εδαφοβελτιωτικό.	el
heal.advisorName	Λυμπεράτος, Γεράσιμος
heal.committeeMemberName	Λυμπεράτος, Γεράσιμος
heal.committeeMemberName	Φιλιππόπουλος, Κωνσταντίνος
heal.committeeMemberName	Βλυσίδης, Απόστολος
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Ανάλυσης, Σχεδιασμού και Ανάπτυξης Διεργασιών και Συστημάτων (ΙΙ)	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	82 σ.
heal.fullTextAvailability	false