Διερεύνηση δυνατοτήτων βιολογικής απομάκρυνσης αζώτου από τα αστικά λύματα μέσω συνδυασμού νιτρωδοποίησης και ανοξικής οξείδωσης της αμμωνίας

Κωνσταντουλάκης, Ιωάννης; Konstantoulakis, Ioannis

dc.contributor.author	Κωνσταντουλάκης, Ιωάννης	el
dc.contributor.author	Konstantoulakis, Ioannis	en
dc.date.accessioned	2021-09-15T09:23:07Z
dc.date.available	2021-09-15T09:23:07Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/53861
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.21559
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
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	Λύματα	el
dc.subject	Νιτρωδοποίηση	el
dc.subject	Αερόβιος	el
dc.subject	Ανοξικός	el
dc.subject	Άζωτο	el
dc.subject	Anammox	en
dc.subject	Nitrate	en
dc.subject	Nitrite	en
dc.subject	Wastewater	en
dc.subject	Partial nitrification	en
dc.title	Διερεύνηση δυνατοτήτων βιολογικής απομάκρυνσης αζώτου από τα αστικά λύματα μέσω συνδυασμού νιτρωδοποίησης και ανοξικής οξείδωσης της αμμωνίας	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	επεξεργασία αστικών λυμάτων	el
heal.classification	μοντέλα προσομοίωσης	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2021-07-15
heal.abstract	Η έντονη αστικοποίηση των σύγχρονων κοινωνιών έχει φέρει τους ανθρώπους και ιδιαίτερα τους μηχανικούς αντιμέτωπους με αρκετά προβλήματα, ένα εκ των οποίων είναι η επεξεργασία των λυμάτων, ώστε να διατηρείται η ποιότητα των υδάτων σε υψηλα επίπεδα και να αποφεύγονται προβλήματα όπως ο ευτροφισμός και η αποξυγώνωση. Η επεξεργασία των λυμάτων περιλαμβάνει ένα σύνολο σταδίων και διεργασιών που έχουν ως στόχο την μείωση των συγκεντρώσεων του οργανικού φορτίου, του αζώτου και του φωσφόρου, οι οποίες αποτελούν του κύριους ρύπους που διαταράσουν τα υδάτινα οικοσυστήματα. Ο κύκλος του αζώτου είχε προσδιοριστεί από τους επιστήμονες αρκετές δεκαετίες πριν. Παρόλα αυτά υπήρχαν ενδείξεις και παρατηρήσεις από διάφορα οικοσυστήματα, όπως τα θαλάσσια ότι η δίαιτα του αζώτου ήταν ελλιπής και δεν μπορούσε να εξηγήσει την μείωση της συγκέντρωσής του σε αναερόβιες συνθήκες. Μετά από αρκετές έρευνες στα τέλη του προηγούμενου αιώνα προσδιορίστηκε η βιοχημική αντίδραση που πραγματοποιεί την ανοξική απομάκρυνση του αμμωνιακού αζώτου (ΑΝΑΜΜΟΧ). Η ανακάλυψη και ο προσδιορισμός αυτής της διεργασίας επέφερε σημαντικές αλλαγές στις δυνατότητες που υπάρχουν, όσον αφορά την απομάκρυνση του αζώτου από τα λύματα μέσω βιοχημικών μεθόδων. Μέχρι τότε οι τεχνολογίες επεξεργασίας των λυμάτων επικεντρώνονταν κυρίως στην απομάκρυνση μέσω του συνδυασμού νιτροποίησης-απονιτροποίησης. Τα τελευταία χρόνια η έρευνα και η ανάπτυξη τεχνολογιών στρέφεται όλο και περισσότερο προς την κατεύθυνση της anammox διεργασίας, καθώς προσφέρει σημαντικά πλεονεκτήματα έναντι της συμβατικής μεθόδου νιτροποίησης-απονιτροποίησης. Τα κυριότερα είναι η μείωση του απαιτούμενου οξυγόνου, που συνεπάγεται σημαντική μείωση του κόστους λειτουργίας της εγκατάστασης και η μείωση του όγκου της παραγόμενης ιλύος που έχει ως αποτέλεσμα να μειώνεται ο όγκος των δεξαμενών και να διευκολύνεται η κατασκευή τους. Κατά την anammox διεργασία πραγματοποιείται η ανοξική οξείδωση του αμμωνιακού αζώτου με αποδέκτη ηλεκτρονίων τα νιτρώδη τα οποία ανάγονται σε αέριο άζωτο. Η επίτευξη των κατάλληλων συνθηκών, ώστε να ευννοηθεί και να είναι αποτελεσματική η διεργασία anammox αποτελεί ένα αρκετά απαιτητικό εγχείρημα. Οι συνθήκες που απαιτούνται για την πραγματοποίηση της διεργασίας παρουσιάζουν δυσκολίες ως προς την πρακτική εφαρμογή τους και πολλές φορές είναι αναγκαίος ο τακτικός έλεγχος κατά την φάση της λειτουργίας, το οποίο καθιστά πολύ δύσκολη την εφαρμογή τεχνολογιών που βασίζονται στην anammox διεργασία από αρκετές εγκαταστάσεις, ειδικότερα τις πιο μικρές. Ένας ακόμα παράγοντας που δυσχεραίνει την διεργασία είναι ο αργός ρυθμός ανάπτυξης των anammox βακτηρίων. Για την πραγματοποίηση της διεργασίας απαιτείται η αναχαίτιση των ΝΟΒ, τα οποία είναι άμεσοι ανταγωνιστές των anammox βακτηρίων, καθώς καταναλώνουν τα νιτρώδη. Επίσης είναι απαραίτητη η απομάκρυνση του μεγαλύτερου μέρους του οργανικού άνθρακα που περιέχεται στα λύματα, ώστε να μειωθεί η αποδοτικότητα της ανοξικής ανάπτυξης των ετεροτροφικών μικροοργανισμών. Η τυπική σύσταση των αστικών λυμάτων περιέχει άζωτο στην μορφή του αμμωνιακού αζώτου. Συνεπώς για να είναι δυνατή η ανάπτυξη των anammox βακτηρίων, πρέπει να προηγηθεί η μερική νιτροποίηση, δηλαδή ένα μέρος του αμμωνιακού αζώτου να μετατραπεί σε νιτρώδη, χωρίς αυτά να μετατραπούν σε νιτρικά. Έχουν διεξαχθεί αρκετές πειραματικές μελέτες για τον προσδιορισμό της συμπεριφοράς των anammox και των βέλτιστων συνθηκών ανάπτυξής τους. Παρόλα αυτά ακόμα δεν έχει επιτευχθεί ένας σαφής προσδιορισμός των βέλτιστων απαιτούμενων συνθηκών. Συνεπώς είναι απαραίτητη η περαιτέρω μελέτη. Επειδή τα πειράματα έχουν αρκετές δυσκολίες ως προς την διεξαγωγή τους, είναι αναγκαία η κατασκευή μαθηματικών μοντέλων που προσομοιώνουν κατάλληλα την λειτουργία μιας Εγκατάστασης Επεξεργασίας Λυμάτων σε όλες τις φάσεις της. Στο πλαίσιο της παρούσας διπλωματικής εργασίας δημιουργήθηκε ένα μοντέλο προσομοίωσης, το οποίο βασίστηκε στο προϋπάρχον μοντέλο του Εργαστηρίου Υγειονομικής Τεχνολογίας. Το βασικό μοντέλο προσομοιώνει την λειτουργία μιας πλήρους ΕΕΛ και ειδικότερα για την δίαιτα του αζώτου περιγράφει τις διεργασίες νιτροποίησης και απονιτροποίησης. Το τροποποιημένο μοντέλο έχει ως στόχο την προσθήκη της anammox διεργασίας στην προσομοίωση και την έρευνα των συνθηκών και των τιμών των παραμέτρων που απαιτούνται, για να είναι δυνατή η απομάκρυνση του αζώτου μέσω της ανοξικής απομάκρυνσης του αμμωνιακού αζώτου. Για τον σκοπό αυτό προσομοιώθηκαν δύο διαφορετικές διατάξεις δεξαμενών και συγκρίθηκε η αποτελεσματικότητα τους, ενώ ταυτόχρονα μελετήθηκε η ευαισθησία τους στις αλλαγές των κρίσιμων παραμέτρων που τις επηρεάζουν. Από τις προσομοιώσεις προέκυψε ότι η τροποποίηση του υπάρχοντος μοντέλου μιας συμβατικής ΕΕΛ είναι ικανή να περιγράψει αποτελεσματικά την δίαιτα του αζώτου με την προσθήκη της anammox διεργασίας. Από τα αποτελέσματα της προσομοίωσης φαίνεται ότι στην πρώτη διάταξη πραγματοποιείται ικανοποιητικά η απομάκρυνση του αζώτου από το σύστημα, αλλα αυτό προκύπτει για εξιδανικευμένες συνθήκες, οι οποίες είναι απίθανο να επιτευχθούν πλήρως κατά την λειτουργία μιας ΕΕΛ. Τα αποτελέσματα της δεύτερης διάταξης είναι πιο δυσμενή όσον αφορά το ολικό άζωτο της εκροής, αλλά έχει πλεονέκτημα ως προς τις εκπομπές αέριων του θερμοκηπίου γεγονός που την καθιστά περισσότερο οικολογική. Επίσης με μικρές παρεμβάσεις η δεύτερη διάταξη δύναται να εξασφαλίσει συγκεντρώσεις ολικού αζώτου στην τελική εκροή που βρίσκονται μέσα στα όρια, που ορίζει η νομοθεσία και σε συνθήκες που μπορούν να προσεγγίσουν πιο ικανοποιητικά τις πραγματικές.	el
heal.advisorName	Νουτσόπουλος, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Μαλαμής, Συμεών	el
heal.committeeMemberName	Ευστρατιάδης, Ανδρέας	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Πολιτικών Μηχανικών. Τομέας Υδατικών Πόρων και Περιβάλλοντος	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	165 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false
heal.fullTextAvailability	false