HEAL DSpace

Χρήση Μικροβιακής Κυψελίδας Ηλεκτρόλυσης για ταυτόχρονη επεξεργασία αποβλήτων και μετατροπή CO2 σε CH4

Αποθετήριο DSpace/Manakin

Εμφάνιση απλής εγγραφής

dc.contributor.author Μονοκρούσου, Ευαγγελία el
dc.contributor.author Monokrousou, Evangelia en
dc.date.accessioned 2024-01-22T10:07:36Z
dc.date.available 2024-01-22T10:07:36Z
dc.identifier.uri https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/58606
dc.identifier.uri http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.26302
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 Μικροβιακή Κυψελίδα Ηλεκτρόλυσης, ΜΚΗ el
dc.subject Επεξεργασία αποβλήτων el
dc.subject Παραγωγή μεθανίου el
dc.subject Βιοηλεκτροχημικά συστήματα el
dc.title Χρήση Μικροβιακής Κυψελίδας Ηλεκτρόλυσης για ταυτόχρονη επεξεργασία αποβλήτων και μετατροπή CO2 σε CH4 el
heal.type bachelorThesis
heal.classification Περιβαλλοντική Μηχανική el
heal.language el
heal.access campus
heal.recordProvider ntua el
heal.publicationDate 2023-06-03
heal.abstract Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η χρήση της τεχνολογίας της Μικροβιακής Κυψελίδας Ηλεκτρόλυσης για επεξεργασία πραγματικών οργανικών αποβλήτων στον ανοδικό θάλαμο, με παράλληλη μετατροπή του CO2 προς CH4 στο καθοδικό τμήμα του συστήματος. Επίσης μελετάται η διερεύνηση της επίδρασης των βασικών παραμέτρων του συστήματος, ώστε το σύστημα να οδηγηθεί στη βέλτιστη λειτουργία του. Στο πλαίσιο αυτό εξετάστηκαν δύο διαφορετικά απόβλητα. Το πρώτο απόβλητο προήλθε από μονάδα διφασικού ελαιοτριβείου και περιείχε συγκέντρωση οργανικού φορτίου ίση με 37 gO2/L, μεγάλο μέρος του οποίου αποτελείται από φαινολικές ενώσεις. Κατά τη χρήση του αποβλήτου αυτού ως ανοδικό υπόστρωμα, το σύστημα λειτούργησε συνολικά 120 μέρες και πραγματοποιήθηκαν 4 διαφορετικές φάσεις λειτουργίας. Οι τρεις πρώτες φάσεις αφορούσαν το βαθμό αραίωσης του αποβλήτου πριν την είσοδό του στο σύστημα (1:10, 1:5 και χωρίς αραίωση), ενώ η τελευταία εξέτασε τη λειτουργία της ΜΚΗ χωρίς αραίωση του αποβλήτου αλλά με υψηλότερη παροχή ενέργειας (από 0,5V σε 1V). Τα αποτελέσματα των πειραμάτων αυτών επέδειξαν ικανοποιητική συνολική αποικοδόμηση του οργανικού φορτίου του αποβλήτου, αλλά και υψηλό βαθμό διάσπασης των περιεχόμενων φαινολικών ενώσεων, παρουσιάζοντας παράλληλα ενεργειακό κέρδος. Η αύξηση του οργανικού φορτίου κατά την είσοδο του αποβλήτου επέφερε καλύτερη επεξεργασία αποβλήτου, με απομάκρυνση COD 74%, 77% και 87%, για αραίωση αποβλήτου 1:10, 1:5 και χωρίς αραίωση, αντίστοιχα. Παράλληλα παρατηρήθηκε αύξηση στην παραγόμενη ενέργεια από 0,08 σε 0,48 και σε 2,33 mmols CH4. Η αύξηση του δυναμικού στην περίπτωση εισαγωγής του αποβλήτου χωρίς αραίωση αύξησε περαιτέρω την αποικοδόμηση του αποβλήτου, η οποία σε ποσοστό κατανάλωσης του COD έφτασε το 91%, αλλά και την ποσότητα του παραγόμενου CH4 (2,88 mmols) και βελτίωσε την ενεργειακή απόδοση του συστήματος. Στη συνέχεια έγινε χρήση του δεύτερου αποβλήτου, το οποίο ήταν το συμπύκνωμα της διεργασίας ξήρανσης αποβλήτων τροφίμων από το εστιατόριο του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου (condensate). Το οργανικό φορτίο του αποβλήτου ήταν περίπου 5 gO2/L και τα πειράματα με τη συγκεκριμένη ανοδική τροφοδοσία διήρκεσαν συνολικά 104 ημέρες. Κατά τη διάρκεια των πειραμάτων αυτών εξετάστηκε η μείωση του ασκούμενου δυναμικού, αλλά και η αύξηση του καθοδικού pH. Με τη μείωση του ασκούμενου δυναμικού αυξήθηκε τόσο η ικανότητα επεξεργασίας του αποβλήτου (απομάκρυνση COD 95,6%, 97,2% και 97,9% για δυναμικό 0,55V, 0,45V και 0,35V αντίστοιχα), όσο και η παραγωγικότητα του καθοδικού προϊόντος (0,08, 0,1 και 0,11 mmols CH4), εμφανίζοντας τη βέλτιστη ενεργειακή απόδοση της καθόδου (FE) στα 0,35V, ίση με 39%. Με άσκηση ενέργειας μικρότερη από τη συγκεκριμένη τιμή, δηλαδή 0,25V, δεν παρατηρήθηκε παραγωγή ρεύματος, ενώ επίσης η ΜΚΗ εμφάνισε παρόμοια αποτελέσματα παραγωγής CH4 με τα αντίστοιχα σε λειτουργία ανοιχτού κυκλώματος (OCP). Το γεγονός αυτό η ενέργεια αυτή δεν ήταν θερμοδυναμικά επαρκής ώστε να λάβουν μέρος οι βιοηλεκτροχημικές αντιδράσεις μετατροπής του CO2 προς CH4. Τέλος, με βάση τη βέλτιστη τιμή του δυναμικού, αυξήθηκε το pH του καθοδικού ηλεκτρολύτη. Η ενέργεια αυτή δεν επηρέασε σε μεγάλο βαθμό την επεξεργασία του αποβλήτου, ωστόσο μείωσε την παραγωγή CH4 στην κάθοδο σε 0,06 mmols, όπως και την ενεργειακή απόδοση της καθόδου (FE) κατά 30%. Το απόβλητο του ελαιοτριβείου στην περίπτωση αραίωσης 1:10 περιείχε την ίδια περίπου συγκέντρωση οργανικού φορτίου με αυτή του condensate (4 gO2/L στο απόβλητο ελαιοτριβείου με αραίωση 1:10 και 5 gO2/L στο condensate) και η ΜΚΗ λειτουργούσε με την ίδια καθοδική τροφοδοσία και τιμή ασκούμενου δυναμικού (0,5 V) και στις δύο περιπτώσεις. Επομένως έγινε σύγκριση της απόδοσης του συστήματος για τα δύο αυτά διαφορετικά απόβλητα. Κατά τη χρήση του condensate παρατηρήθηκε μεγαλύτερη απομάκρυνση COD (95,6%), συγκριτικά με την περίπτωση του πρώτου αποβλήτου (74%). Η διαφορά αυτή οφείλεται στο γεγονός ότι στο condensate περιέχονται απλούστερες IX οργανικές ενώσεις από ότι στο απόβλητο του ελαιοτριβείου, το οποίο αποτελείται σε μεγάλο βαθμό από φαινολικές ενώσεις. Η παραγωγικότητα CH4 και στις δύο περιπτώσεις ήταν ίση με 0,08 mmols, ωστόσο οι ενεργειακές αποδόσεις του συστήματος τόσο της ανόδου, όσο και της καθόδου υπολογίστηκαν μικρότερες στην περίπτωση του condensate (14% στην άνοδο και 11% στην κάθοδο για το condensate και 17% στην άνοδο και 25% στην κάθοδο για το απόβλητο του ελαιοτριβείου). Γενικά, τα αποτελέσματα των πειραμάτων αποδεικνύουν την ικανότητα της ΜΚΗ για επεξεργασία οργανικών αποβλήτων με μεγάλο εύρος συγκέντρωσης COD, τα οποία μπορεί να περιέχουν δύσκολα αποικοδομήσιμες και τοξικές ενώσεις, όπως οι φαινόλες. Ταυτόχρονα αποβλήτων λαμβάνει μέρος και παραγωγή CH4 στην κάθοδο, το οποίο προσδίδει ενεργειακό κέρδος στη συνολική διεργασία και αποτελεί ανανεώσιμη μορφή ενέργειας. Συμπεραίνεται επίσης ότι η κατάλληλη μεταβολή των παραμέτρων που επηρεάζουν τη λειτουργία του συστήματος μπορεί να οδηγήσει σε περαιτέρω αύξηση της απόδοσής του. Συγκεκριμένα, η μείωση της αραίωσης στο απόβλητο του ελαιοτριβείου αύξησε την παραγωγικότητα του συστήματος σε CH4 κατά 0,4 mmols, ενώ με τη μείωση του ασκούμενου δυναμικού στα 0,35V κατά τη χρήση του condensate η παραγωγή αυξήθηκε κατά 0,03 mmols. el
heal.advisorName Λυμπεράτος, Γεράσιμος el
heal.committeeMemberName Χαμηλάκης, Στυλιανός el
heal.committeeMemberName Βλυσίδης, Ανέστης el
heal.committeeMemberName Λυμπεράτος, Γεράσιμος el
heal.academicPublisher Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Σύνθεσης και Ανάπτυξης Βιομηχανικών Διαδικασιών (IV) el
heal.academicPublisherID ntua
heal.numberOfPages 90 σ. el
heal.fullTextAvailability false


Αρχεία σε αυτό το τεκμήριο

Οι παρακάτω άδειες σχετίζονται με αυτό το τεκμήριο:

Αυτό το τεκμήριο εμφανίζεται στην ακόλουθη συλλογή(ές)

Εμφάνιση απλής εγγραφής

Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα Εκτός από όπου ορίζεται κάτι διαφορετικό, αυτή η άδεια περιγράφεται ως Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα