ΔΔιερεύνηση της εκκίνησης και της επίδρασης διαφορετικών λειτουργικών παραμέτρων σε αναερόβιο αντιδραστήρα ανοδικής ροής, τύπου UASB, για την επεξεργασία σύνθετων αστικών λυμάτων

Φίλη, Μαρία; Fili, Maria

dc.contributor.author	Φίλη, Μαρία	el
dc.contributor.author	Fili, Maria	en
dc.date.accessioned	2020-05-28T18:05:25Z
dc.date.available	2020-05-28T18:05:25Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/50724
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.18422
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Επιστήμη και Τεχνολογία Υδατικών Πόρων”	el
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	Αναερόβια επεξεργασία λυμάτων	el
dc.subject	Χαμηλές θερμοκρασίες	el
dc.subject	Αλκαλικότητα	el
dc.subject	Anaerobic wastewater treatment	en
dc.subject	Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB)	en
dc.subject	Low temperature	en
dc.subject	Εσωτερική ανακυκλοφορία	el
dc.subject	Αναερόβιος αντιδραστήρας ανοδικής ροής κλίνης ιλύος (UASB)	el
dc.subject	Internal recirculation	en
dc.subject	Alkalinity	en
dc.title	ΔΔιερεύνηση της εκκίνησης και της επίδρασης διαφορετικών λειτουργικών παραμέτρων σε αναερόβιο αντιδραστήρα ανοδικής ροής, τύπου UASB, για την επεξεργασία σύνθετων αστικών λυμάτων	el
heal.type	masterThesis
heal.classification	Περιβαλλοντική Τεχνολογία	el
heal.language	el
heal.access	campus
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2019-11-13
heal.abstract	Η παρούσα μεταπτυχιακή εργασία, η οποία έλαβε χώρα στο Εργαστήριο Υγειονομικής Τεχνολογίας του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου, είχε ως στόχο τη διερεύνηση της εκκίνησης ενός αναερόβιου αντιδραστήρα ανοδικής ροής, τύπου UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) για την επεξεργασία συνθετικών αστικών λυμάτων, καθώς και την εφαρμογή διαφορετικών λειτουργιών παραμέτρων για τη βελτιστοποίηση της απόδοσης του. Το ενοφθάλμισμα εκκίνησης που εφαρμόστηκε στον αντιδραστήρα, προήλθε από αναερόβιο μεσόφιλο χωνευτή ιλύος, της Εγκατάσταση Επεξεργασίας Λυμάτων (ΕΕΛ), της Ψυττάλειας. Η διερεύνηση των διαφορετικών λειτουργικών συνθηκών έλαβε χώρα σε 5 διακριτές φάσεις. Κατά τη διάρκεια της 1ης φάσης λειτουργίας, πραγματοποιήθηκε η εκκίνηση του συστήματος UASB, υπό χαμηλές θερμοκρασιακές συνθήκες (16.6±1.9℃). Δεδομένου του γεγονότος ότι οι συνθήκες που επικράτησαν κατά τη 1η φάση λειτουργίας δεν ήταν ευνοϊκές για την εκκίνηση του αντιδραστήρα, κυρίως λόγω της μεγάλης διακύμανσης της θερμοκρασίας, στόχος της δεύτερης φάσης λειτουργίας ήταν η αύξηση της θερμοκρασίας του συστήματος στους 20℃. Ο αντιδραστήρας μεταφέρθηκε σε ελεγχόμενο χώρο, όπου η θερμοκρασία του διατηρούταν στους 20℃, ενώ παρέμεινε εκεί καθ’ όλη την περίοδο λειτουργίας. Η θερμοκρασία τόσο του εσωτερικού του αντιδραστήρα, όσο και της εκροής βελτιώθηκαν. Από τις μεγάλες μειώσεις του pH που παρατηρήθηκαν και τη χαμηλή ρυθμιστική ικανότητα των συνθετικών αστικών λυμάτων, προέκυψε η 3η φάση λειτουργίας. Στην τρίτη φάση λειτουργίας του συστήματος επιλέχθηκε να πραγματοποιηθεί ρύθμιση του pH με προσθήκη εξωτερικής πηγής αλκαλικότητας, καθώς η προσθήκη του ΝaΟΗ 6Μ δεν ήταν επαρκής για την ισορροπία του συστήματος, όπως αποδείχθηκε κατά τη διάρκεια των προηγούμενων φάσεων λειτουργίας. Η αλκαλικότητα ρυθμιζόταν με προσθήκη όξινου ανθρακικού καλίου (KHCO3) με συγκέντρωση 1 gCaCO3/L. Στόχος της τέταρτης φάσης λειτουργίας ήταν η αντιμετώπιση προβλημάτων που είχαν προκύψει κατά τη λειτουργία των προηγούμενων φάσεων, όπως η χαμηλή ταχύτητα ανόδου (Vup), που ως επακόλουθο είχε τη δημιουργία καναλιών (Channeling) κατά τόπους του στρώματος της ιλύος, με αποτέλεσμα να μην έρχεται σε επαφή όλος ο όγκος της ιλύος με τα προς επεξεργασία λύματα, καθώς το σύστημα δεν διέθετε μηχανική ανάδευση και η παροχή του ήταν χαμηλή. Επομένως, στην τέταρτη φάση λειτουργίας εφαρμόσθηκε εσωτερική ανακυκλοφορία ώστε να μειωθεί αυτό το φαινόμενο. Η παροχή της εσωτερικής ανακυκλοφορίας που επιλέχθηκε, κατά τη διάρκεια της τέταρτης περιόδου λειτουργίας, ήταν ίση με Q. Σε αυτό το σημείο αξίζει να σημειωθεί ότι η ποσότητα της προστιθέμενης αλκαλικότητα μειώθηκε και ήταν ίση με 0.5 gCaCO3/L. Τέλος, στην πέμπτη φάση λειτουργίας διερευνήθηκε η αύξηση της εσωτερικής ανακυκλοφορίας από 1 σε 5Q. Η αύξηση αυτή εξυπηρετούσε την αύξηση της Vup, με στόχο την επίτευξη καλύτερης επαφής μεταξύ των εισερχόμενων συνθετικών λυμάτων και του στρώματος της ιλύος, καθώς και τη βελτιστοποίηση της απόδοσης του συστήματος ως προς την απομάκρυνση του οργανικού φορτίου και της παραγωγής βιοαερίου. Καθ’ όλη την περίοδο λειτουργίας του αντιδραστήρα UASB πραγματοποιούνταν εργαστηριακές αναλύσεις, οι οποίες είχαν ως στόχο το χαρακτηρισμό του ενοφθαλμίσματος και του υποστρώματος σε διάφορα σημεία κατά μήκος του ύψους του αντιδραστήρα UASB, με σκοπό τον έλεγχο της λειτουργίας του. Επιπλέον, από την 3η λειτουργική φάση και έπειτα, τοποθετήθηκε συσκευή καταγραφής του παραγόμενου βιοαερίου. Τέλος, κατά την 5η λειτουργική φάση, έλαβε χώρα ο προσδιορισμός της ειδικής μεθανογόνου δραστηριότητας της βιομάζας του συστήματος (Specific Methanogenic Activity, SMA). Από την εκτέλεση των πειραμάτων προέκυψε ότι η εκκίνηση του συστήματος μπορεί να λάβει χώρα σε θερμοκρασίες ≥20℃. Η αύξηση της θερμοκρασίας στο εσωτερικό του αντιδραστήρα UASB, κατά τη δεύτερη περίοδο λειτουργίας από 16.6±1.9℃ σε 20.4±1.7℃ οδήγησε σε αύξηση της μέσης ποσοστιαίας απομάκρυνσης του ολικού και διαλυτού COD, κατά 28.24% και 27.93%, αντίστοιχα. Η προσθήκη εξωτερικής πηγής αλκαλικότητας ήταν αναγκαία για την αποφυγή συσσώρευσης πτητικών λιπαρών οξέων (VFAs) στο σύστημα, καθώς κατά τη διάρκεια των 2 πρώτων φάσεων λειτουργίας παρατηρήθηκε μεγάλη μείωση του pH στην εκροή του αντιδραστήρα (6.5±0.1, 1η & 6.6±0.1, 2η φάση λειτουργίας) και η ρυθμιστική ικανότητα των συνθετικών αστικών λυμάτων που χρησιμοποιήθηκαν ήταν μικρή. Πιο συγκεκριμένα, η προσθήκη εξωτερικής πηγής αλκαλικότητας ίσης με 1 gCaCO3/L, κατά τη διάρκεια της 3ης φάσης λειτουργίας διατήρησε τη μέση τιμή του pH στο εσωτερικό και στην εκροή του αντιδραστήρα UASB, στο 7.4±0.3 και 7.5±0.3, αντίστοιχα, ενώ κατά τη διάρκεια της ίδιας φάσης λειτουργίας δεν παρουσιάστηκε καμία σημαντική μεταβολή στην ποσοστιαία απομάκρυνση του ολικού και διαλυτού COD με την προσθήκη εξωτερικής πηγής αλκαλικότητας. Η εφαρμογή εσωτερικής ανακυκλοφορίας στον αντιδραστήρα UASB, κατά την 4η και 5η λειτουργική φάση, επίδρασε θετικά στην επαφή της βιομάζας με τα προς επεξεργασία λύματα, η οποία σύμφωνα με τη βιβλιογραφία επιτυγχάνεται κυρίως με εφαρμογή χαμηλότερων HRT και μηχανικής ανάδευσης. Λόγω του σταθερού HRT που εφαρμόστηκε στον αντιδραστήρα UASB, η Vup ήταν πολύ χαμηλή συγκριτικά με αντίστοιχες βιβλιογραφικές αναφορές. Η εφαρμογή εσωτερικής ανακυκλοφορίας πέρα από την βελτίωση των συνθηκών ανάδευσης εντός της κλίνης ιλύος και την αύξηση της ταχύτητα ανόδου, συντέλεσε στη μείωση της προστιθέμενης αλκαλικότητας σε 0.5 gCaCO3/L. Επιπροσθέτως, η εφαρμογή εσωτερικής ανακυκλοφορίας ίσης με Q αποδείχθηκε απαραίτητη για την ολοκλήρωση της εκκίνησης του συστήματος UASB, καθώς και για την έναρξη του σχηματισμού πυκνών κόκκων ιλύος. Η καλύτερη επαφή μεταξύ των εισερχόμενων συνθετικών λυμάτων και του στρώματος της ιλύος οδήγησαν σε αύξηση των μέσων ποσοστών απομάκρυνσης του ολικού και διαλυτού COD και της μέσης πραγματικής παραγωγής του βιοαερίου. Πιο συγκεκριμένα, η αύξηση της Vup, από 0.08 σε 0.23 m/h, η οποία μπορεί να χαρακτηριστεί ως μια από τις σημαντικότερες λειτουργικές συνθήκες των αντιδραστήρων τύπου UASB, συνέβαλε στη δημιουργία ενός ομοιόμορφου περιβάλλοντος, περιορίζοντας τη δημιουργία καναλιών και νεκρών ζωνών που είχαν προκύψει την προηγούμενη περίοδο λειτουργίας. Επιπλέον, η εφαρμογή εσωτερικής ανακυκλοφορίας και η σταδιακή αύξηση της βελτίωσε σημαντικά την απόδοση του αντιδραστήρα, επιτυγχάνοντας ποσοστά απομάκρυνσης SCOD κατά μέσο όρο ίσα με 53.1% και 70.8% κατά τη διάρκεια της 4ης και 5ης φάσης λειτουργίας, αντίστοιχα, όπου εφαρμόστηκε εσωτερική ανακυκλοφορία ίση με Q και 5Q, σε σύγκριση με την προηγούμενη περίοδο λειτουργίας, όπου η απομάκρυνση ήταν ίση με 47.08%. Η εκκίνηση του συστήματος UASB ολοκληρώθηκε κατά τη διάρκεια της 4ης φάσης λειτουργίας, καθώς στο τέλος της ίδιας περιόδου έλαβε χώρα ο σχηματισμός κοκκώδους βιομάζας. Η ειδική μεθανογόνος δραστηριότητα (Specific Methane Activity, SMA) της ιλύος που προέκυψε κατά την 5η λειτουργική φάση ήταν ίση με 0.08 gCH4-COD/gVSS-d. Συμπερασματικά, κατά τη διάρκεια της 5ης λειτουργικής φάσης παρατηρήθηκαν οι υψηλότερες μέσες ποσοστιαίες απομακρύνσεις του ολικού και διαλυτού COD, 61.2±0.1 mg/L και 70.8±0.1 mg/L, αντίστοιχα, καθώς επίσης παρατηρήθηκε και η υψηλότερη μέση παραγωγή βιοαερίου (0.82±0.21 L/gCODπου αποακρύνθηκε) καθ’ όλη τη διάρκεια λειτουργίας. Από τα αποτελέσματα της καταγραφής της πραγματικής παραγωγής του βιοαερίου προέκυψε ότι η ανάκτηση του βιοαερίου ήταν χαμηλή. Πιο συγκεκριμένα, η μέση πραγματική παραγωγή βιοαερίου, καθ’ όλη τη διάρκεια καταγραφής του, ήταν χαμηλή (0.29-0.82 L/gCODπου απομακρύνθηκε) συγκρίσει με τη μέση θεωρητική παραγωγή του (3.13-4.77 L/gCODπου απομακρύνθηκε). Η περιεκτικότητα του CH4 στο παραγόμενο βιοαέριο που προέκυψε κατά τη διάρκεια της 5ης λειτουργικής φάσης ήταν ίση με 64%. Τέλος, από τη διερεύνηση που έλαβε χώρα προέκυψε ότι η επεξεργασία συνθετικών αστικών λυμάτων, με χωνεμένη ιλύ από μεσόφιλο αναερόβιο αντιδραστήρα ως ενοφθάλμισμα εκκίνησης και σε θερμοκρασίες μεγαλύτερες των 20℃ είναι εφικτή σε αντιδραστήρες UASB. Επιπλέον, θα πρέπει να επισημανθεί η αναγκαιότητα της εσωτερικής ανακυκλοφορίας και κατ’ επέκταση της εφαρμογής υψηλότερων Vup κατά τη λειτουργία αντιδραστήρων τύπου UASB. Αξίζει να τονισθεί ότι η περαιτέρω διερεύνηση των λειτουργικών παραμέτρων του συστήματος, καθίσταται αναγκαία.	el
heal.advisorName	Μαλαμής, Συμεών	el
heal.committeeMemberName	Μαμάης, Δανιήλ	el
heal.committeeMemberName	Νάνου, Αικατερίνη	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Πολιτικών Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	154 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false