Αξιοποίηση υγρού κλάσματος αποβλήτων τροφίμων για παραγωγή αέριων βιοκαυσίμων σε αντιδραστήρα CSTR

Σταμέλου, Αντιγόνη; Stamelou, Antigoni

dc.contributor.author	Σταμέλου, Αντιγόνη	el
dc.contributor.author	Stamelou, Antigoni	en
dc.date.accessioned	2023-01-16T10:30:31Z
dc.date.available	2023-01-16T10:30:31Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/56714
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.24412
dc.rights	Default License
dc.subject	Απόβλητα	el
dc.subject	Αναερόβια χώνευση	el
dc.subject	Αξιοποίηση αποβλήτων	el
dc.subject	Waste treatment	en
dc.subject	Anaerobic digestion	en
dc.subject	Food waste	en
dc.subject	Waste activated sludge	en
dc.subject	Ενεργός ιλύς	el
dc.subject	Βιοαέριο	el
dc.subject	Biogas	en
dc.title	Αξιοποίηση υγρού κλάσματος αποβλήτων τροφίμων για παραγωγή αέριων βιοκαυσίμων σε αντιδραστήρα CSTR	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Αξιοποίηση αποβλήτων	el
heal.classification	Περιβαλλοντική Μηχανική	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2022-07-11
heal.abstract	Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετάται η δυνατότητα ενεργειακής αξιοποίησης της περίσσειας ενεργού ιλύος (Waste Activated Sludge-WAS) που παράγεται από τον καθαρισμό αστικών λυμάτων και του συμπυκνώματος (condensate) που παράγεται από την ξήρανση οικιακών αποβλήτων τροφίμων. Η μελέτη γίνεται με την διεργασία της αναερόβιας χώνευσης/συγχώνευσης σε αναερόβιο αντιδραστήρα συνεχούς έργου πλήρους ροής CSTR, πιλοτικής κλίμακας ενεργού όγκου 100 L, σε μεσόφιλες συνθήκες (35οC). Κύριο στόχο της πειραματικής μελέτης αποτέλεσε η διερεύνηση της αποτελεσματικότητας της μεθόδου ως προς την παραγωγή βιοαερίου και την σταθεροποίηση του οργανικού φορτίου στο χωνευμένο υπόλειμμα της εκροής του αντιδραστήρα σε διαφορετικές συνθήκες λειτουργίας. Οι παράμετροι που εξετάστηκαν ήταν ο υδραυλικός χρόνος παραμονής (HRT) και ο ρόλος του condensate στην αποδοτικότητα της διεργασίας. Κατά την διάρκεια της μελέτης πραγματοποιήθηκαν τρεις πειραματικοί κύκλοι. Ο 1ος κύκλος λειτούργησε σε HRT 20 ημέρες με αναερόβια συγχώνευση WAS:Condensate 4:1. Στον 2ο πειραματικό κύκλο η αναλογία WAS:Condensate παρέμεινε σταθερή και ο υδραυλικός χρόνος παραμονής μειώθηκε σε 12 ημέρες. Κατά τον 3ο πειραματικό κύκλο χρησιμοποιήθηκε ως τροφοδοσία μόνο WAS και το σύστημα λειτούργησε σε HRT 20 ημέρες. Από τα συνολικά αποτελέσματα φάνηκε ότι η απομάκρυνση του οργανικού φορτίου και τον στερεών έχει καλύτερη απόδοση στους πειραματικούς κύκλους που το υπόστρωμα αποτελείται από WAS και condensate, ενώ στον 3ο κύκλο η κατανάλωση είναι φανερά μικρότερη. Συγκεκριμένα η απομάκρυνση tCOD και sCOD είναι αντίστοιχα 71.34% και 72.52% στον 1ο κύκλο, 56.00% και 60.13% στον 2ο κύκλο και 32.41% και 44.64% στον 3ο κύκλο. Η παραγωγικότητα σε βιοαέριο είναι αυξημένη στον 3ο πειραματικό κύκλο, καθώς παρέχεται περισσότερο οργανικό φορτίο στο σύστημα, όμως η ποιότητά του που κρίνεται από την περιεκτικότητά του σε μεθάνιο είναι βελτιωμένη στους κύκλους που περιέχεται condensate στην τροφοδοσία, συγκεκριμένα 68.44%, 68.84% και 66.64% στον 1ο, 2ο και 3ο κύκλο αντίστοιχα. Συνολικά συμπεραίνεται ότι η προσθήκη condensate στην τροφοδοσία συμβάλει σε μία πιο ολοκληρωμένη κατεργασία, καθώς όχι μόνο δεν επηρεάζει την παραγωγή και την ποιότητα του βιοαερίου, αλλά προσφέρει στην τροφοδοσία εύκολα αποικοδομήσιμο οργανικό φορτίο και άρα καλύτερη ποιότητα χωνεμένου υπολείμματος που μπορεί να διατεθεί στον ορίζοντα. Αναφορικά με τους διαφορετικούς HRT φαίνεται πως σε HRT 12 ημέρες η κατανάλωση οργανικού φορτίου είναι μειωμένη, καθώς η αυξημένη παροχή στην τροφοδοσία προσφέρει συνεχώς νέα ποσότητα οργανικού φορτίου στον αντιδραστήρα που δεν διασπάται όλο από τους μικροοργανισμούς. Τα αποτελέσματα της πειραματικής διαδικασίας προσαρμόστηκαν στο μοντέλο ADM1, στο λογισμικό Aquasim, με συνεχή τρόπο με σκοπό την εξαγωγή ενός ενιαίου κινητικού και μαθηματικού μοντέλου που περιγράφει την διεργασία της αναερόβιας χώνευσης στον αντιδραστήρα. Τα αποτελέσματα που προέκυψαν από το μοντέλο προσομοιάζουν τα πειραματικά με ικανοποιητικό τρόπο και το μοντέλο προσφέρει πληροφορίες για την πορεία της διεργασίας κάτω από διαφορετικές συνθήκες. Επιπλέον πραγματοποιήθηκαν πειράματα διαλείποντος έργου εργαστηριακής κλίμακας για διαφορετικές αναλογίες WAS και condensate ως αρχικό υπόστρωμα και με προσθήκη ποσότητας αναερόβιας λάσπης ως εμβόλιο για τους μικροοργανισμούς. Οι αναλογίες προέκυψαν με βάση τους λόγους tCODυποστρωματος/tCODαναερόβιας και VSSυποστρώματος/VSSαναερόβιας και για κάθε λόγο παρασκευάστηκε ένα δείγμα που το αρχικό του υπόστρωμά αποτελούταν μόνο και WAS και ένα που αποτελούταν από WAS και condensate. Τα αποτελέσματα που προέκυψαν συμβαδίζουν με τα αποτελέσματα της πειραματικής διαδικασίας του CSTR και φαίνεται ότι η παραγωγή βιοαερίου είναι ελαφρώς μεγαλύτερη χωρίς την προσθήκη condensate, όμως η προσθήκη condensate βελτιστοποιεί την συνολική διεργασία.	el
heal.abstract	The present diploma thesis studies the possibility of energy utilization of Waste Activated Sludge (WAS), produced by the biological treatment of municipal wastewaters and condensate produced by the drying process of food waste. The study is carried out by the process of anaerobic digestion/co-digestion in a Continuous Stirred Tank Reactor (CSTR), of volume 100L, under mesophilic conditions 35oC. The main objective was to investigate the efficiency of the method in terms of biogas production and stabilization of the organic load in the digested residue under different operating conditions. The parameters examined were the hydraulic retention time (HRT) and the role of the condensate in the efficiency of the process. During the study took place three experimental cycles. The 1st cycle operated on HRT 20 days and the WAS:Condensate ratio was 4:1. On the 2nd cycle the WAS:Condensate ratio was retained and the HRT was adjusted to 12 days. On the final cycle the substrate consisted WAS and the HRT was 20 days. The overall results show that the removal of the organic charge and the solids has a better performance in the experimental cycles that the substrate consists of WAS and Condensate, while in the 3rd cycle the consumption is lower. Specifically, the removal of tCOD and sCOD are respectively 71.34% and 72.52% in the 1st cycle, 56.00% and 60.13% in the 2nd cycle and 32.41% and 44.64% in the 3rd cycle. Biogas productivity is increased in the 3rd experimental cycle, as more organic load is provided to the system. The % content of methane in the biogas, which determines the quality of the biogas, is higher when the substrate consists of both WAS and condensate, specifically 68.44%, 68.84% and 66.64% in the 1st, 2nd and 3rd cycle respectively. In conclusion the addition of condensate as substrate results in a more complete treatment, as it provides easily degradable organic load and it does not affect the quality of biogas. Regarding the different HRTs, it seems that the consumption of the organic load is decreased as the HRT decreases. Based on the results obtained from the three experimental cycles, the operation of CSTR was modeled with the use of the mathematical model ADM1, using the Aquasim software. The model simulates the CSTR anaerobic digestion satisfactorily and provides information about the operation of the system under different conditions. In order to investigate the process on different substrate ratios, there were conducted experiments in a laboratory scale on a batch bioreactor system. Every system was provided with anaerobic sludge as inoculum for the production of the microorganisms and different ratios of substrate consisting of WAS and Condensate. The proportion of each component was based on the tCODsubstrate/tCODinoculum and VSSsubstrate/VSSinoculum ratio and for each ratio was conducted a sample consisting of WAS as a substrate and a sample consisting of WAS and condensate as a sample. The results are in line with the results of the CSTR system and it seems that the addition of condensate optimizes the overall process.	en
heal.advisorName	Λυμπεράτος, Γεράσιμος	el
heal.committeeMemberName	Μαμμά, Διομή	el
heal.committeeMemberName	Λυμπεράτος, Γεράσιμος	el
heal.committeeMemberName	Κόλλια, Κωνσταντίνα	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Χημικών Επιστημών (I). Εργαστήριο Οργανικής Χημείας	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	86 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false