Δυναμικό μοντέλο συγκομποστοποίησης υγρών αποβλήτων με στερεά γεωργικά παραπροϊόντα

Abstract

Η παρούσα διδακτορική διατριβή έχει σαν στόχο την ανάπτυξη δυναμικού μοντέλου συγκομποστοποίησης υγρών και στερεών αποβλήτων ελαιοτριβείου, όπως φύλλα, πυρήνα καθώς επίσης και κατσίγαρο. Η κομποστοποίηση είναι μια σύνθετη βιολογική διαδικασία αποδόμησης των στερεών οργανικών υπολειμμάτων ή αποβλήτων με αερόβιες εξώθερμες βιο-αντιδράσεις που πραγματοποιούνται κυρίως από βακτήρια και μύκητες και δευτερευόντως από πρωτόζωα και μετάζωα. O έλεγχος μιας τέτοιας διαδικασίας πραγματοποιείται με μετρήσεις πεδίου και με εργαστηριακές αναλύσεις. Οι παράμετροι που πρέπει να καταγράφονται κατά τη διάρκεια της κομποστοποίησης ημερησίως είναι οι ακόλουθοι: (1) το pH, (2) η ηλεκτρική αγωγιμότητα (EC), (3) η ικανότητα κατιονικής ανταλλαγής (CEC), (4) η ικανότητα συγκράτησης νερού (WHC), (5) η υγρασία του υποστρώματος (Μ), (6) η περιεκτικότητα σε χουμικά οξέα, (7) η περιεκτικότητα σε φουλβικά οξέα (FA), (8) η περιεκτικότητα σε Χουμίνες, (Η), (9) η περιεκτικότητα σε αμμωνιακό άζωτο, (10) η περιεκτικότητα σε νιτρικό άζωτο, (11) η θερμοκρασία (T), (12) η φυτοτοξικότητα (GI), (13) η περιεκτικότητα σε λιπαρές ενώσεις (FOG), (14) ο ρυθμός απορρόφησης οξυγόνου (OUR). Η μεταβολή των τιμών αυτών των παραμέτρων εξαρτάται κυρίως από το είδος του υποστρώματος και τη χρονική συντεταγμένη της κομποστοποίησης. Σκοπός αυτής της εργασίας ήταν η διερεύνηση κατά πόσο υπάρχει χρονική αλληλεπίδραση των προαναφερομένων παραμέτρων μεταξύ τους. Για την διερεύνηση τέτοιων αλληλοσυσχετίσεων σε μια τόσο σύνθετη βιολογική διαδικασία απαιτείται η δημιουργία δυναμικών μοντέλων που θα βασίζονται στις ημερήσιες μετρήσεις των προαναφερομένων παραμέτρων. Για την δημιουργία των μαθηματικών μοντέλων χρησιμοποιήθηκε η θεωρία των χρονοσειρών (time series analysis) καθώς και η τεχνική της ανάλυσης υπολοίπων (residual statistical analysis), αξιοποιώντας τα αναλυτικά αποτελέσματα από δείγματα που ελήφθησαν κατά την εξέλιξη μιας ολοκληρωμένης διαδικασίας συγκομποστοποίησης υγρών και στερεών αποβλήτων ενός ελαιοτριβείου τριών φάσεων διάρκειας τεσσάρων μηνών. Απο το σύνολο των δυναμικών μοντέλων που προέκυψαν μόνο δύο αποδείχθηκαν ικανοποιητικά ως προς την ικανότητά τους να προβλέπουν τις πραγματικές μετρήσεις. Τα δύο αυτά μοντέλα αφορούσαν (1) την αφομοίωση των λιπαρών συστατικών του υποστρώματος και (2) την παραγωγή χουμικών και φουλβικών οξέων. Συγκεκριμένα η αφομοίωση των λιπαρών ουσιών (FOG) εξαρτάται από την μεταβολή της απορρόφησης οξυγόνου (UOR) και το pH, της ικανότητας συγκράτησης νερού (WHC) σύμφωνα με την σχέση: FOGt= -1.953ln(OUR)t - 6+0.014*(WHC)t-5 - 0.170*pHt-2 + 2.291. Το μοντέλο έδωσε μια ικανοποιητική συσχέτιση πρόβλεψης 91% της αφομοίωσης λιπαρών ουσιών. Ενώ για την μεταβολή των χουμικών και φουλβικών ενώσεων οι δυναμικές συσχετίσεις έδωσαν τις εξισώσεις με μια ικανοποιητική συσχέτιση κατά 86% και 89% αντίστοιχα: FAt = 3.15 (pH)t-1 – 0.0185 (WHC)t-2 + 0.4739 (N-NH4)t-4 – 16.197 HAt = 53.617/(pH)t + (FA)t/(1.232(FA)t-0.447) - 7.29 Για την κατασκευή των δυναμικών μαθηματικών μοντέλων χρησιμοποιήθηκε η θεωρία των χρονοσειρών σε συνδυασμό με την θεωρία της στατιστικής ανάλυσης των υπολοίπων. Η ικανοποιητικότητα των μοντέλων ελέγχθηκε με το Χ2 test.