Συνεπεξεργασία υγρού κλάσματος τροφικών αποβλήτων με λυματολάσπη για παραγωγή αερίων βιοκαυσίμων σε αντιδραστήρα CSTR

Κονδύλης, Αντώνιος; Kondylis, Antonios

dc.contributor.author	Κονδύλης, Αντώνιος	el
dc.contributor.author	Kondylis, Antonios	en
dc.date.accessioned	2022-01-20T09:00:08Z
dc.date.available	2022-01-20T09:00:08Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/54374
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.22072
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	Anaerobic co-digestion	en
dc.subject	Αναερόβια συγχώνευση	el
dc.subject	Drying	en
dc.subject	Condensate	en
dc.subject	Waste Activated Sludge	en
dc.subject	CSTR	en
dc.subject	Ξήρανση	el
dc.subject	Συμπύκνωμα οικιακών ζυμώσιμων αποβλήτων	el
dc.subject	Ενεργός ιλύς	el
dc.subject	Αντιδραστήρας συνεχούς έργου πλήρους ανάδευσης	el
dc.title	Συνεπεξεργασία υγρού κλάσματος τροφικών αποβλήτων με λυματολάσπη για παραγωγή αερίων βιοκαυσίμων σε αντιδραστήρα CSTR	el
dc.title	Co-digestion of liquid fraction of household food waste with waste activated sludge for biofuel production in CSTR	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Περιβαλλοντική μηχανική	el
heal.classification	Environmental engineering	en
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2021-07
heal.abstract	Στο πλαίσιο της παρούσας διπλωματικής εργασίας μελετήθηκε η ενεργειακή αξιοποίηση του υγρού συμπυκνώματος (condensate), που παράγεται από την ξήρανση οικιακών ζυμώσιμων αποβλήτων, και της περίσσειας ενεργού ιλύος (Waste Activated Sludge, WAS) βιολογικών καθαρισμών για την παραγωγή βιοαερίου μέσω αναερόβιας χώνευσης/συγχώνευσης σε αντιδραστήρα πιλοτικής κλίμακας συνεχούς έργου πλήρους ανάδευσης (Continuous Stirred Tank Reactor, CSTR) υπό μεσόφιλες συνθήκες (35 ºC). Στόχος ήταν αφενός η διερεύνηση της βέλτιστης λειτουργίας του αναερόβιου συστήματος με μεγιστοποίηση της παραγωγικότητας του βιοαερίου και σταθεροποίηση της χώνευσης του οργανικού φορτίου και αφετέρου η δημιουργία ενός μαθηματικού μοντέλου που θα προσομοιάζει τη συμπεριφορά του CSTR. Οι παράμετροι που εξετάστηκαν ήταν ο υδραυλικός χρόνος παραμονής (HRT), μέσω ρύθμισης της παροχής της τροφοδοσίας, και η αναλογία ενεργού ιλύος και condensate στην τροφοδοσία που αντιστοιχεί σε διαφορετικούς λόγους C:N. Η μελέτη του αντιδραστήρα χωρίστηκε σε τέσσερις πειραματικούς κύκλους λειτουργίας. Κατά τον 1ο κύκλο, ο HRT ρυθμίστηκε στις 20 μέρες και η αναλογία Condensate:WAS στο 1:4 (C:N = 5). Στον 2ο και 3ο κύκλο, διατηρήθηκε ο ίδιος HRT και η αναλογία Condensate:WAS ήταν 1:2 (C:N = 10) και 2:1 (C:N = 20), αντίστοιχα. Τέλος, στον 4ο κύκλο η αναλογία C:N παρέμεινε στο 20 και εξετάστηκε η μείωση του HRT στις 15 μέρες. Η λειτουργία του αντιδραστήρα εμφάνισε τα καλύτερα αποτελέσματα στη διάρκεια του 4ου κύκλου, όπου επιτεύχθηκε παραγωγή 2618 mL CH4/g καταναλισκόμενου tCOD σε αντίθεση με τους 1ο, 2ο και 3ο κύκλο, όπου παρήχθησαν 1677, 1344 και 1941 mL CH4/g καταναλισκόμενου tCOD, αντίστοιχα. Συγκεκριμένα, κατά τον 4ο κύκλο επιτεύχθηκε μέγιστη παραγωγικότητα βιοαερίου (35 L/d) υψηλής περιεκτικότητας σε μεθάνιο (80 %), ενώ η απομάκρυνση του ολικού και διαλυτού χημικά απαιτούμενου οξυγόνου (tCOD, sCOD) κυμάνθηκε σε υψηλά επίπεδα (72,9 % και 98,5 %, αντίστοιχα). Με βάση τα αποτελέσματα που προέκυψαν από τους τέσσερις κύκλους μοντελοποιήθηκε η λειτουργία του CSTR με τη βοήθεια του λογισμικού Aquasim και συγκεκριμένα με το μαθηματικό μοντέλο ADM1. Το προσαρμοσμένο μοντέλο προσομοιώνει ικανοποιητικά το σύστημα αναερόβιας χώνευσης του CSTR και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για σύγκριση πειραματικών και υπολογιστικών αποτελεσμάτων καθώς και για πρόβλεψη και βελτιστοποίηση της λειτουργίας του αντιδραστήρα. Προκειμένου να διερευνηθούν διαφορετικές αναλογίες ενεργού ιλύος και condensate ως αρχικού υποστρώματος, πραγματοποιήθηκαν πειράματα σε βιοαντιδραστήρες εργαστηριακής κλίμακας διαλείποντος έργου. Σε αυτά τα πειράματα οι διαφορετικές αναλογίες condensate και ενεργού ιλύος αντιστοιχούσαν σε λόγους C:N 20, 30, 40 και 50. Οι δοκιμές που έγιναν έδειξαν ότι η μεγαλύτερη παραγωγή βιοαερίου αντιστοιχούσε σε αναλογία C:N ίση με 20 ως αρχικού υποστρώματος της αναερόβιας χώνευσης. Παρόλα αυτά, δεν αποκλείεται το ενδεχόμενο η αναερόβια χώνευση να εφαρμόζεται επιτυχώς και για υψηλότερες αναλογίες C:N αλλά με την προσθήκη κάποιου μέσου αλκαλικότητας, καθώς οι μεγάλες συγκεντρώσεις condensate ως αρχικού υποστρώματος οδηγούν σε πολύ μειωμένο pH. Βέβαια, η αποτυχία λειτουργίας ενός συστήματος διαλείποντος έργου δεν συνιστά απαραίτητα μη βιώσιμες τις συνθήκες για CSTR. Συνοψίζοντας, το σύστημα των βιοαντιδραστήρων διαλείποντος έργου μπορεί να αποτελέσει οδηγό για τις δοκιμές στον αντιδραστήρα πιλοτικής κλίμακας και παράλληλα να δρα ως επιβεβαίωση για τα ήδη υπάρχοντα αποτελέσματα.	el
heal.abstract	In the present diploma thesis, the energy utilization of the condensate, produced from drying of household food waste, and Waste Activated Sludge (WAS) of biological treatment was studied for the production of biogas through anaerobic co-digestion at pilot scale Continuous Stirred Tank Reactor (CSTR) under mesophilic conditions (35 ºC). The aim was on the one hand to investigate the optimal operation of the anaerobic system by maximizing biogas productivity and stabilizing the digestion of organic load and on the other hand to create a mathematical model that simulates the behavior of CSTR. The parameters examined were the Hydraulic Retention Time (HRT), by adjusting the feed flow, and the ratio of activated sludge and condensate at the feed corresponding to different C:N ratios. The study of the reactor was divided into four experimental cycles. During the 1st cycle, the HRT was adjusted to 20 days and the Condensate:WAS ratio was 1:4 (C:N = 5). In cycles 2 and 3 the same HRT was maintained and the Condensate:WAS ratio was 1:2 (C:N = 10) and 2:1 (C:N = 20), respectively. Finally, in the 4th cycle the C:N ratio was kept at 20, while the reduction of HRT to 15 days was examined. The operation of the reactor was optimized during the 4th cycle, where the production of 2618 mL CH4 / g tCOD consumed was achieved in contrast to the 1st, 2nd and 3rd cycles, where 1677, 1344 and 1941 mL CH4 / g tCOD consumed were produced, respectively. Specifically, in the 4th cycle maximum productivity of biogas was obtained (35 L/d) with high methane content (80 %), while the removal of tCOD and sCOD ranged at high levels (72.9 and 98.5, respectively). Based on the results obtained from the four cycles, the operation of CSTR was modeled with Aquasim software and specifically with the mathematical model ADM1. The fitted model simulates satisfactorily the CSTR anaerobic digestion and can be used to compare experimental and computational results as well as to predict and optimize reactor operation. In order to investigate different ratios of activated sludge and condensate as initial substrate, experiments were performed on laboratory scale batch bioreactors. In these experiments the different ratios of activated sludge and condensate corresponded to C:N ratios equal to 20, 30, 40 and 50. The tests performed showed that the highest biogas production corresponded to C:N ratio equal to 20 as initial substrate of anaerobic digestion. However, it is possible that anaerobic digestion may be successfully applied to higher C:N ratios with the addition of an alkalinity medium as high concentrations of condensate as the starting substrate lead to very low pH. Futhermore, the failure of a batch system does not necessarily mean that these conditions are unsustainable for the CSTR. In summary, the system of batch bioreactors can serve as a guide for pilot scale reactor testing or as a confirmation of existing results.	en
heal.advisorName	Λυμπεράτος, Γεράσιμος	el
heal.advisorName	Lyberatos, Gerasimos	en
heal.committeeMemberName	Λυμπεράτος, Γεράσιμος	el
heal.committeeMemberName	Βλυσίδης, Απόστολος	el
heal.committeeMemberName	Βουτσάς, Επαμεινώνδας	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	108 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false