Εκλεκτική ανάπτυξη βιομάζας για παραγωγή βιοπολυμερών

Αναστασοπούλου, Βασιλική; Anastasopoulou, Vasiliki

dc.contributor.author	Αναστασοπούλου, Βασιλική	el
dc.contributor.author	Anastasopoulou, Vasiliki	en
dc.date.accessioned	2024-09-02T08:14:22Z
dc.date.available	2024-09-02T08:14:22Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/60073
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.27769
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	Βιοπολυμερή	el
dc.subject	SBR αντιδραστήρας	el
dc.subject	Βιομάζα	el
dc.subject	Περιβάλλον	el
dc.subject	fed-batch αντιδραστήρας	el
dc.subject	Αναλύσεις	el
dc.subject	ΠΥΑ	el
dc.title	Εκλεκτική ανάπτυξη βιομάζας για παραγωγή βιοπολυμερών	el
heal.type	bachelorThesis	el
heal.classification	Περιβάλλον	el
heal.language	el	el
heal.access	free	el
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2024-03-01
heal.abstract	Η χρήση συνθετικών πλαστικών είναι εκτενής στην Ευρώπη και παγκοσμίως, λόγω των ιδιοτήτων τους και της μεγάλη ανθεκτικότητας τους, που τους επιτρέπει τη χρήση σε πολλούς τομείς της καθημερινότητας, όπως στον κλάδο των τροφίμων. Η απόρριψη των πλαστικών αποβλήτων όμως είναι υπεύθυνη για περιβαλλοντική ρύπανση. Προσπάθειες περιορισμού της χρήσης πλαστικών έχουν αναληφθεί σε παγκόσμιο και ευρωπαϊκό επίπεδο. Σε αυτό το πλαίσιο, εξετάζεται και η αντικατάσταση των συμβατικών πολυμερών από εναλλακτικά, βιώσιμα και φιλικά προς το περιβάλλον βιο-πολυμερή, πολυμερή δηλαδή που είτε είναι βιολογικής προέλευσης είτε είναι βιοαποικοδομήσιμα. Μία σημαντική κατηγορία βιο-πολυμερών είναι οι πολύ-υδροξυ-αλκανεστέρες (ΠΥΑ), οι οποίοι προέρχονται από βιομάζα και είναι βιοαποικοδομήσιμοι κατά την απόρριψη τους στο περιβάλλον, ενώ έχουν παρόμοιες ιδιότητες με τα συμβατικά πολυμερή. Η χρήση τους εξασφαλίζει τα ίδια πλεονεκτήματα με τη χρήση των συνθετικών πολυμερών στην καθημερινότητα, αλλά ταυτόχρονα και την προστασία του περιβάλλοντος. Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας ήταν η εκλεκτική ανάπτυξη βιομάζας για την παραγωγή ΠΥΑ με χρήση συνθετικού οργανικού υποστρώματος. Πιο συγκεκριμένα, μια μικτή μικροβιακή καλλιέργεια, η οποία προέρχεται από την Εγκατάσταση Επεξεργασίας Λυμάτων της Ψυττάλειας, υποβλήθηκε σε συνθήκες εναλλαγής τροφοδοσίας και στέρησης τροφής (στρατηγική feast και famine) σε έναν αντιδραστήρα SBR, προκειμένου να εμπλουτιστεί με έναν μικροβιακό πληθυσμό ικανό να συνθέσει ΠΥΑ ενδοκυτταρικά. Στη συνέχεια, η εμπλουτισμένη πλέον καλλιέργεια μεταφερόταν σε αντιδραστήρα fed-batch όπου με προσθήκη συνθετικού οργανικού υποστρώματος επιτυγχάνονταν η μέγιστη συσσώρευση ΠΥΑ στους μικροοργανισμούς, ενώ τέλος πραγματοποιούνταν και η εξαγωγή του από αυτούς. Στο πλαίσιο της διπλωματικής διεξήχθησαν 3 σειρές πειραμάτων. Η 1η σειρά, αποτελείτο από δύο (2) πειράματα. Στο 1ο πείραμα, η τροφοδοσία περιείχε 700 mgCOD/L και στο 2ο, 500 mgCOD/L. Και στα δύο πειράματα, ο υδραυλικός χρόνος παραμονής της τροφοδοσίας στον αντιδραστήρα SBR ήταν ίσος με 16,8 ώρες (0,7 ημέρες). Στο 1ο πείραμα δεν αναλύθηκε η παραγωγή ΠΥΑ, ενώ στο 2ο, η παραγωγή ΠΥΑ ήταν αρκετά μικρή και ίση με 0,05 % PHA/VSS. Στη 2η σειρά, η οποία περιλάμβανε τέσσερα (4) πειράματα, ο υδραυλικός χρόνος παραμονής ορίστηκε στην 1 ημέρα και εξετάστηκαν 4 διαφορετικές τροφοδοσίες: COD3 = 700 mg/L, COD4 = 600 mg/L, COD5 = 500 mg/L, και COD6 = 400 mg/L. Αποδείχθηκε ότι η μικρότερη τροφοδοσία είχε ως αποτέλεσμα και τη μεγαλύτερη παραγωγή ΠΥΑ, η οποία ήταν ίση με 12% (για COD = 400 mg/L). Στην 3η σειρά πειραμάτων, πραγματοποιήθηκαν δύο (2) ακόμα πειράματα. Ορίστηκε ο ίδιος υδραυλικός χρόνος παραμονής, με το πείραμα Νο 7 να έχει αρχική τροφοδοσία ίση με 700 mgCOD/L και το πείραμα Νο 8, 800 mgCOD/L. Σε σύγκριση με τις άλλες δύο σειρές πειραμάτων όμως, ορίστηκε σε αυτή τη σειρά να προστεθεί λιγότερη ποσότητα αζώτου και φωσφόρου, των θρεπτικών δηλαδή συστατικών της τροφοδοσίας. Αποδείχθηκε ότι η μικτή καλλιέργεια είχε καλύτερη απόκριση στη νέα αναλογία άνθρακα: αζώτου: φωσφόρου, όχι όμως και η παραγωγή ΠΥΑ, που ήταν ίση με 2-3%. Τελικό συμπέρασμα της διπλωματικής εργασίας ήταν ότι η μεγαλύτερη παραγωγή ΠΥΑ προέκυψε για τις εξής παραμέτρους: COD τροφοδοσίας = 400 mg/L, HRT= 1 day, COD:N:P (mmol) = 100:10:1, και ήταν ίση με 12%.	el
heal.abstract	The use of synthetic plastics is extensive in Europe and worldwide, due to their properties and their high durability, which allows them to be used in many sectors of everyday life, such as in the food industry. However the disposal of plastic waste is responsible for environmental pollution. Actions to reduce the use of plastics have been undertaken both in Europe and globally. In this context, there is a clear shift on the replacement of conventional polymers by alternative, sustainable, and environmentally friendly biopolymers, i.e. polymers that are either of biological origin or biodegradable. An important category of biopolymers is the group poly-hydroxy-alkanesters (PHAs), which are derived from biomass and are biodegradable upon disposal into the environment. PHAs have similar properties to conventional polymers, offering the same advantages as synthetic polymers in everyday applications while simultaneously contributing to environmental preservation. The aim of this thesis is the selective growth of biomass suitable to produce PHAs, with the use of a synthetic organic substrate. More specifically, a mixed microbial culture, originating from the Psyttaleia Wastewater Treatment Plant, was subjected to alternating feeding and deprivation conditions (feast and famine strategy) in an SBR reactor to be enriched in a microbial population capable of synthesizing PHAs intracellularly. Following this step, the enriched culture was transferred to a fed-batch reactor. In this reactor, the accumulation of PHAs in the cellular structure of the microorganisms was maximized through the addition of synthetic organic substrate under conditions of nutrients depletion. As a final step, PHAs were extracted from the biomass, with the use of a chlorinated solvent. In the framework of the thesis, three (3) series of experiments were conducted. The 1st series consisted of two (2) experiments. In Experiment No 1, the COD in the feeding solution was equal to 700 mgCOD/L and in Experiment No 2, equal to 500 mgCOD/L. In both experiments, the hydraulic residence time of the feed solution in the SBR reactor was equal to 0.7 days. In the 1st experiment, no analysis of PHA production was performed, due to practical difficulties, while in the 2nd experiment, the PHA production was quite small and equal to 0.05 % PHA/VSS. In the 2nd series, which included four (4) experiments (Experiments No 3, 4, 5, and 6), the hydraulic residence time was set to one (1) day, and four (4) different feed solutions were tested: COD3 = 700 mg/L, COD4 = 600 mg/L, COD5 = 500 mg/L, and COD6 = 400 mg/L. It was proven that the lower COD concentration resulted in the higher PHA production, which was equal to 12% (for COD = 400 mg/L). In the 3rd series of experiments, two (2) more experiments were performed. The same hydraulic residence time was set (HRT= 1 day. In experiment No 7, the COD concentration in the feeding solution was equal to 700 mgCOD/L and in the experiment No 8, it was equal to 800 mgCOD/L, respectively .Compared to the other two series of experiments, however, in this series less nitrogen and phosphorus were added in the feeding solution. It was proven that the biomass had a better response to the new carbon: nitrogen: phosphorus ratio, but this was not reflected in the PHA production, which was equal to 2-3%. The conclusion of the diploma thesis was that the highest PHA production was obtained for the following parameters: feed solution COD = 400 mg/L, HRT = 1 day, COD: N: P (mmol) = 100:10:1, and it was equal to 12%.	en
heal.advisorName	Κόλλια, Κωνσταντίνα	el
heal.committeeMemberName	Βουτσάς, Επαμεινώνδας	el
heal.committeeMemberName	Μάη, Σοφία	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Χημικών Επιστημών (I)	el
heal.academicPublisherID	ntua	el
heal.numberOfPages	165 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false