Παράγοντες που επηρεάζουν την ανάκτηση βιβιανίτη κατά την επεξεργασία των αστικών λυμάτων

Ντινόπουλος, Δημήτριος; Ntinopoulos, Dimitrios

dc.contributor.author	Ντινόπουλος, Δημήτριος	el
dc.contributor.author	Ntinopoulos, Dimitrios	en
dc.date.accessioned	2022-10-24T10:59:13Z
dc.date.available	2022-10-24T10:59:13Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/55981
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.23679
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Επιστήμη και Τεχνολογία Υδατικών Πόρων”	el
dc.rights	Default License
dc.subject	Λύματα	el
dc.subject	Βιβιανίτης	el
dc.subject	Βιοαέριο	el
dc.subject	Σίδηρος	el
dc.subject	Wastewater	en
dc.subject	Κυκλική Οικονομία	el
dc.subject	Biogas	en
dc.subject	Iron	en
dc.subject	Circular Economy	en
dc.subject	Vivianite	en
dc.title	Παράγοντες που επηρεάζουν την ανάκτηση βιβιανίτη κατά την επεξεργασία των αστικών λυμάτων	el
dc.title	Factors affecting vivianite recovery during municipal wastewater treatment	en
heal.type	masterThesis
heal.classification	Μηχανική	el
heal.classification	Engineering	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2022-07-27
heal.abstract	Στην Ευρωπαϊκή Ένωση, η κυκλική οικονομία αποτελεί το νέο μοντέλο οικονομικής και οικολογικής βιωσιμότητας. Σε απάντηση τους περιορισμούς των πόρων, την αύξηση του πληθυσμού και το εκτεταμένο περιβαλλοντικό κόστος από το τρέχον αναπτυξιακό πρότυπο, οι διεθνείς κοινότητες ενεργούν για να ικανοποιήσουν τη συνεχώς αυξανόμενη ζήτηση για πόρους. Τα Ηνωμένα Έθνη έχουν υποστηρίξει τη βελτίωση της αποδοτικότητας των πόρων και τη βιώσιμη χρήση των πόρων. Η Ευρωπαϊκή Επιτροπή (2011) εγκαινίασε την Ευρωπαϊκή Πλατφόρμα Αποδοτικότητας Πόρων (ΕΠΑΠ) και δημοσίευσε έναν οδικό χάρτη για την αποδοτικότητα των πόρων και την εξοικονόμηση πόρων για την Ευρώπη. Δεδομένου ότι ο όρος οικολογική απόδοση επινοήθηκε επίσημα το 1992, αυτή η φιλοσοφία διαχείρισης έχει επιβεβαιωθεί ευρέως ως χρήσιμο εργαλείο για τον προσδιορισμό της θετικής σχέσης μεταξύ περιβαλλοντικών βελτιώσεων και οικονομικών οφελών από τον ΟΟΣΑ, την ΕΕ, τον Ευρωπαϊκό Οργανισμό Περιβάλλοντος (ΕΟΠ) και άλλους μεγάλους εθνικούς παράγοντες. Λαμβάνοντας υπόψη όλα αυτά, η ανάκτηση του φωσφόρου από δευτερογενείς πόρους θα συνείσφερε να γίνει η χρήση του στην κοινωνία μας κυκλική και επομένως βιώσιμη, το οποίο αποτελεί και τον απώτερο σκοπό της παρούσας διπλωματικής εργασίας. Ο φώσφορος υπάρχει σε σημαντικές ποσότητες στα αποχετευτικά συστήματα, κυρίως λόγω των οικιακών καθαριστικών και των ανθρώπινων περιττωμάτων και επίσης αναγνωρίζεται ως μία από τις κύριες αιτίες ευτροφισμού στους υδάτινους πόρους. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο στις εγκαταστάσεις επεξεργασίας λυμάτων (ΕΕΛ), ο φώσφορος πρέπει να αφαιρείται έως ένα βαθμό σύμφωνα με την εθνική νομοθεσία. Σε αυτές τις εγκαταστάσεις, ο φώσφορος συνήθως αφαιρείται για να μειωθεί ο ευτροφισμός στα επιφανειακά ύδατα με τη μέθοδο της χημικής απομάκρυνσης του φωσφόρου (CPR) ή/και με τη μέθοδο της ενισχυμένης βιολογικής απομάκρυνσης του φωσφόρου (EPBR). Και στις δύο περιπτώσεις, ο φώσφορος συγκεντρώνεται στη λυματολάσπη. Ενώ οι τεχνολογίες απομάκρυνσης του φωσφόρου είναι καθιερωμένες και εφαρμόζονται ευρέως, η ανάκτηση του φωσφόρου παραμένει μια πρόκληση. Επί του παρόντος, οι δύο κύριες οδοί ανάκτησης του φωσφόρου είναι μέσω της κατακρήμνισης στρουβίτη για τις μονάδες επεξεργασίας λυμάτων που χρησιμοποιούν EBPR και κατόπιν θερμικής επεξεργασίας για τις μονάδες που χρησιμοποιούν CPR. Ωστόσο, και οι δύο μέθοδοι έχουν περιορισμούς: το ποσοστό ανάκτησης φωσφόρου είναι χαμηλό μέσω της μεθόδου κατακρήμνισης στρουβίτη, ενώ το κόστος είναι ιδιαίτερα υψηλό αν ακολουθήσουμε τη θερμική μέθοδο με σκοπό την ανάκτηση φωσφόρου. Επιπλέον, κοινή πρακτική είναι η άμεση χρήση της λυματολάσπης ως υποκατάστασης λιπάσματος σε γεωργικές εκτάσεις, προκειμένου να γίνει χρήση των οργανικών και ανόργανων θρεπτικών συστατικών, από τα οποία αποτελείται η λυματολάσπη. Ωστόσο, η διαθεσιμότητα πιθανών τοξικών μετάλλων συχνά περιορίζει αυτή τη χρήση του φωσφόρου. Επίσης, μια από τις πιο οικονομικές και ασφαλείς λύσεις απόρριψης της λυματολάσπης είναι η υγειονομική ταφή, η οποία ενέχει σημαντικά περιβαλλοντικά ρίσκα και περιορισμούς. Έτσι, είναι άκρως σημαντική και επιβεβλημένη τελικώς η αποτελεσματική διαχείριση, σύμφωνα με τις αρχές της κυκλικής οικονομίας, της λυματολάσπης, παρέχοντας παράλληλα μια βιώσιμη λύση στην χρήση του φωσφόρου, ο οποίος προσδιορίζεται σε Ευρωπαϊκό επίπεδο ως Κρίσιμη Πρώτη Ύλη (CRM). Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι το να εξεταστεί κατά πόσο μπορεί να ανακτηθεί φώσφορος με τη μορφή βιβιανίτη από ιλύ επεξεργασίας αστικών λυμάτων, να προσδιοριστούν οι παράμετροι που επηρεάζουν την ανάκτηση των κρυστάλλων βιβιανίτη, καθώς και να βρεθούν οι βέλτιστες τιμές αυτών ως προς το βαθμό ανάκτησης φωσφόρου. Στην παρούσα διπλωματική, αρχικά παρουσιάζεται η πειραματική μεθοδολογία, δηλαδή περιγράφονται οι μέθοδοι των αναλύσεων που πραγματοποιήθηκαν. Στη συνέχεια, παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της μελέτης σύστασης των δειγμάτων που χρησιμοποιήθηκαν πριν και μετά τη διάταξη της αναερόβιας χώνευσης αυτών, καθώς και τα αποτελέσματα της παραγωγής μεθανίου από την διάταξη της αναερόβιας χώνευσης. Έπειτα, παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των αναλύσεων για την παρουσία κρυσταλλικών ενώσεων καθώς επίσης και από την μικροσκοπική παρατήρηση του βιβιανίτη. Για όλα τα παραπάνω, πραγματοποιήθηκε επεξεργασία των αποτελεσμάτων η οποία περιλαμβάνει την στατιστική επεξεργασία αυτών και την εκτίμηση της κινητικής παραγωγής μεθανίου. Με βάση τα αποτελέσματα, παρατηρήθηκαν τα κάτωθι συμπεράσματα: • Η χρήση μεταλλικού σιδήρου ως καταλύτης της παραγωγής βιβιανίτη παρουσίασε ανταγωνιστικό πλεονέκτημα σε σχέση με τις υπόλοιπες μορφές σιδήρου που χρησιμοποιήθηκαν με βάση τα ποιοτικά αποτελέσματα που λήφθηκαν από την ανάλυση XRD. • Η παραγωγή μεθανίου ενισχύεται από την περίσσεια χρήση σιδήρου και ειδικότερα στα δείγματα που περιείχαν μεταλλικό σίδηρο σε σχέση με τα υπόλοιπα που είτε περιείχαν δισθενή ή τρισθενή σίδηρο, είτε δεν περιείχαν επιπλέον σίδηρο. • Το pH κατά την διάρκεια της αναερόβιας χώνευσης δεν μειώνεται εξαιτίας της παρουσίας σιδήρου και άρα επιτρέπεται η ομαλή λειτουργία των μικροοργανισμών. • Παράγονται περίπου 71 ml μεθανίου ανά γραμμάριο ολικών στερεών για τα δείγματα που περιείχαν μεταλλικό σίδηρο, περίπου 56 ml μεθανίου ανά γραμμάριο ολικών στερεών για τα δείγματα που περιείχαν τρισθενή σίδηρο και περίπου 61 ml μεθανίου ανά γραμμάριο ολικών στερεών για τα δείγματα που περιείχαν δισθενή σίδηρο.	el
heal.abstract	The object of this dissertation is to determine the parameters that affect phosphorus recovery through the production and separation of vivianite mineral, in relation to methane production and to identify a possible symbiotic operating relationship between a wastewater treatment plant and a water treatment plant. In the European Union, the circular economy plays an essential and useful role in examining economic and ecological sustainability. In response to resource constraints, population growth, and widespread environmental damage from the current development model, the international community is working to meet the ever-increasing demand for resources. The United Nations has supported the improvement of resource efficiency and the sustainable use of resources. The European Commission (2011) launched the European Resource Efficiency Platform (EAP) and published a roadmap for resource efficiency and resource savings for Europe. Since the term eco-efficiency was formally coined in 1992, this management philosophy has been widely acknowledged as a useful tool for identifying the positive relationship between environmental improvement and economic benefits from the OECD, the EU, the European Environment Agency (EEA) and other major national factors. Taking all this into account, the recovery of phosphorus from secondary resources would contribute to its use in our society being cyclical and therefore sustainable, which is the ultimate goal of this dissertation. Phosphorus is present in significant amounts in sewage systems, mainly due to household cleaners and human feces and is also recognized as one of the main causes of eutrophication in water resources. This is why in wastewater treatment plants (WWPs), phosphorus must be removed to some extent in accordance with national law. In these plants, phosphorus is usually removed to reduce eutrophication in surface waters by the method of chemical phosphorus removal (CPR) and / or by the method of enhanced biological phosphorus removal (EPBR). In both cases, the phosphorus is concentrated in the sludge. While phosphorus removal technologies are well established and widely used, phosphorus recovery remains a challenge. Currently, the two main phosphorus recovery pathways are through struvite precipitation for wastewater treatment plants using EBPR and then heat treatment for plants using CPR. However, both methods have limitations: the rate of phosphorus recovery is low through the struvite precipitation method, while the cost is particularly high if we follow the thermal method for phosphorus recovery. In addition, it is common practice to use sewage sludge directly as a fertilizer substitute in agricultural areas, in order to make use of the organic and inorganic nutrients that make up sewage sludge. However, the availability of potentially toxic metals often limits this use of phosphorus. Also, one of the most economical and safe solutions for sewage disposal is landfill, which involves significant environmental risks and constraints. Thus, effective management, according to the principles of the circular economy, of sewage sludge is extremely important and ultimately imperative, while providing a sustainable solution to the use of phosphorus, which is identified at European level as a Critical Raw Material (CRM). In the present dissertation, the experimental methodology is first presented, ie the methods of the analyzes performed are described. Next, the results of the sample study of the samples used before and after their anaerobic digestion device are presented, as well as the results of methane production from the anaerobic digestion device. Then, the results of the analyzes for the presence of crystalline compounds as well as from the microscopic observation of vivianite are presented. For all the above, the results were processed which includes their statistical processing and the estimation of the kinetic methane production. Based on the results, the following conclusions were observed: • The use of metallic iron as a catalyst for the production of vivianite showed a competitive advantage over the other forms of iron used based on the qualitative results obtained from the XRD analysis. • Methane production is enhanced by excess iron use, especially in samples containing metallic iron compared to residues that either contained divalent or trivalent iron or did not contain additional iron. • The pH during anaerobic digestion is not reduced due to the presence of iron and therefore the proper functioning of microorganisms is allowed. • About 71 ml of methane per gram of total solids are produced for samples containing metallic iron, about 56 ml of methane per gram of total solids for samples containing ferrous iron and about 61 ml of methane per gram of total solids for samples containing ferrous iron.	en
heal.advisorName	Χαραλάμπους, Αικατερίνη-Ιωάννα	el
heal.advisorName	Haralambous, Aikaterini-Ioanna	en
heal.committeeMemberName	Μαλαμής, Συμεών-Αλέξανδρος	el
heal.committeeMemberName	Λοϊζίδου - Μαλαμή, Μαρία	el
heal.committeeMemberName	Χαραλάμπους, Αικατερίνη-Ιωάννα	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Πολιτικών Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.fullTextAvailability	false