Η συνδυασμένη επίδραση φωτεινής ενέργειας, Fe2+ και  SO42- στην 
απόδοση της αναερόβιας χώνευσης σε αντιδραστήρες κοκκώδους 
βιολογικής λάσπης.

Θεοδόση Παλιμέρη, Δήμητρα

dc.contributor.author	Θεοδόση Παλιμέρη, Δήμητρα
dc.date.accessioned	2025-09-22T09:48:26Z
dc.date.available	2025-09-22T09:48:26Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/62519
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.30215
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Αναερόβια χώνευση	el
dc.subject	Αντιδραστήρας UASB	el
dc.subject	Ιόντα σιδήρου	el
dc.subject	Φωτότροφα βακτήρια	el
dc.subject	Θειικά ιόντα	el
dc.subject	Anaerobic digestion	en
dc.subject	Sulfates	el
dc.subject	Iron ions	el
dc.subject	Phototrophic bacteria	el
dc.subject	UASB reactor	el
dc.title	Η συνδυασμένη επίδραση φωτεινής ενέργειας, Fe2+ και SO42- στην απόδοση της αναερόβιας χώνευσης σε αντιδραστήρες κοκκώδους βιολογικής λάσπης.	el
dc.contributor.department	Τομέας IV, Εργαστήριο Οργανικής Χημικής Τεχνολογίας	el
heal.type	doctoralThesis
heal.classification	Πειβαλλοντική βιοτεχνολογία	el
heal.language	el
heal.access	campus
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2023-12-22
heal.abstract	Ερευνητικό αντικείμενο της παρούσας διδακτορικής διατριβής αποτέλεσε η βιολογική αποδόμηση οργανικών ενώσεων μέσω αναερόβιας χώνευσης σε βιοαντιδραστήρες κοκκώδους βιολογικής λάσπης και η παραγωγή βιοαερίου. Κύριο μέλημα της έρευνας ήταν η κατανόηση του ρόλου των αναερόβιων βακτηρίων στην απόδοση της διεργασίας προκειμένου να βελτιστοποιηθεί. Στην διαδικασία σημαντικό ρόλο κατέχει η φωτεινή ενέργεια για την ανάπτυξη φωτότροφων βακτηρίων καθώς και η παρουσία θειικών ιόντων αλλά και του διαλυτού σιδήρου ως δότη ηλεκτρονίων. Λόγω της σημασίας του σιδήρου στο σύστημα παραγωγής φωτεινής ενέργειας από φωτότροφα βακτήρια, η διαθεσιμότητα σιδήρου στο υπόστρωμα μπορεί να επηρεάσει σε μεγάλο βαθμό την παραγωγή υδρογόνου σε αυτούς τους μικροοργανισμούς κατά τη διάρκεια αναερόβιων διεργασιών. Επομένως σκοπός της Διατριβής ήταν η διερεύνηση της επίδρασης Fe2+ και SO42- καθώς και της φωτεινής ενέργειας, με σκοπό τη βελτίωση της απόδοσης του αντιδραστήρα, και τη μεγιστοποίηση της συγκέντρωσης του μεθανίου στο βιοαέριο και της αναλογίας του παραγομένου μεθανίου ως προς το εισαγόμενο στην αναερόβια χώνευση οργανικό φορτίο. Για την προσέγγιση του σκοπού της διατριβής, αρχικά πραγματοποιήθηκαν διερευνητικά πειράματα της επίδρασης ιόντων σιδήρου και θείου σε αναερόβιους αντιδραστήρες διαλείποντος έργου κοκκώδους λάσπης. Για την επίτευξη αυτών των πειραμάτων εφαρμόστηκε η αντίδραση Fenton, η οποία παράγει ρίζες υδροξυλίου σε όξινο περιβάλλον (Fe2++ H2O2 →Fe3++ [ΟΗ]●), μέσω πειραμάτων παραγοντικού σχεδιασμού σε διάφορα απόβλητα (στραγγίσματα χωματερών, απόβλητα ελαιοτριβείων και βιομηχανίας παραγωγής chips) τα οποία αφού αποτοξικοποιήθηκαν, αποτέλεσαν το υπόστρωμα της αναερόβιας διεργασίας. Έπειτα κατασκευάστηκε αντιδραστήρας τύπου UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) στον οποίο παρέχεται φως στο φάσμα του ορατού και του υπέρυθρου. Στη συνέχεια άρχισε να λειτουργεί με σταθερό υδραυλικό χρόνο παραμονής και μεταβαλλόμενο ρυθμό οργανικής φόρτισης για τον έλεγχο της σταθερότητας και απόδοσης του συστήματος. Η τροφοδοσία του UASB, σε όλη την πειραματική διαδικασία, παρέμεινε ποιοτικά σταθερή αποτελούμενη από υπολείμματα βιομηχανικού αμύλου μετά από υδρόλυση. Καθώς η συσσώρευση σιδήρου στο σύστημα εξαρτάται από την περιεκτικότητα του υποστρώματος σε θειϊκά ανιόντα λόγω καταβύθισης ως FeS↓, αποφασίστηκε η ελεγχόμενη πρόσθεση θειικού οξέος στην τροφοδοσία. Στη συνέχεια, η έρευνα εστίασε στον έλεγχο της απόδοσης του αντιδραστήρα σε διάφορες αναλογίες COD/SO42-, με ποικίλους υδραυλικούς χρόνους παραμονής και ρυθμούς οργανικής φόρτισης στους οποίους το σύστημα είχε επιδείξει σταθερότητα. Σε αυτό το στάδιο πραγματοποιήθηκε ανάλυση του γονιδιώματος των μικροοργανισμών που μετέχουν στη διεργασία και μελετήθηκε η βιοποικιλότητα στον αντιδραστήρα πριν και μετά την προσθήκη θειικού οξέος στην τροφοδοσία. Ακολούθως, ο αντιδραστήρας συνέχισε να λειτουργεί σε μεταβαλλόμενες συνθήκες για την επιβεβαίωση των αποτελεσμάτων. Ένα πρόβλημα που παρουσιάστηκε, κατά την διάρκεια των πειραμάτων, ήταν η αδυναμία της αναερόβιας χώνευσης να αποδομήσει το κρυσταλλικό άμυλο που περιείχε η τροφοδοσία του βιοαντιδραστήρα. Έτσι ένα μεγάλο μέρος της έρευνας που απασχόλησε την διατριβή ήταν η εύρεση διαδικασίας υδρόλυσης του κρυσταλλικού αμύλου με συνθήκες οι οποίες θα προήγαγαν, χωρίς παρεμποδίσεις τις βιοαντιδράσεις παραγωγής μεθανίου. Η τεχνική της Fenton στην υδρόλυση του αμύλου μελετήθηκε εκτενώς και συνδυάστηκε άριστα με την διεργασία της αναερόβιας χώνευσης. Επιπλέον έγινε μία μελέτη βιωσιμότητας της τεχνολογίας που αναπτύχθηκε σε εφαρμογή σε μία βιομηχανία παραγωγής chips με σκοπό την εξοικονόμηση ενέργειας από την επεξεργασία των αποβλήτων της. 1 Περίληψη 2 Τα ευρήματα της έρευνας έδειξαν ότι ο αντιδραστήρας UASB μπορούσε να λειτουργήσει σε υψηλούς ρυθμούς οργανικής φόρτισης εώς και 10 g COD/LUASB-ημέρα χωρίς να οδηγείται σε αστοχία . Επιπλέον, η συνεχής συσσώρευση ιόντων Fe και SO42- αυξάνει την καθιζησιμότητα αλλά και την ενεργότητα των κόκκων της αναερόβιας λάσπης. Διαπιστώθηκε ακόμη ότι χρησιμοποιώντας φωτεινή ενέργεια αλλά και αναλογίες COD/SO42− μεταξύ 8 και 13, μαζί με συγκεντρώσεις σιδήρου μεταξύ 10 και 23 mg/L στην τροφοδοσία, η περιεκτικότητα του βιοαερίου σε μεθάνιο αυξάνεται κατά 15% ενώ η παραγωγή μεθανίου αυξάνεται κατά τρεις φορές και επικρατεί το γένος Methanosaeta sp. έναντι άλλων αναερόβιων βακτηρίων. Επιπλέον, σε αυξημένες συγκεντρώσεις σιδήρου και θειικών, παρατηρείται αύξηση της αφομοίωσης του ολικού αζώτου στο σύστημα, ενώ η μείωση του οργανικού φορτίου διατηρείται σε επίπεδα πάνω από 90%. Τέλος από τη μελέτη περίπτωσης του αμύλου, διαπιστώθηκε ότι η χημική οξείδωση με τα αντιδραστήρια Fenton οδηγεί σε απόδοση υδρόλυσης ως και 99,5% καθιστώντας το άμυλο εύκολα βιοαποικοδομήσιμο και ικανό για παραγωγή μεθανίου. Τα βασικά στοιχεία πρωτοτυπίας της παρούσας διδακτορικής διατριβής συνοψίζονται στα εξής σημεία:  Σχεδιασμός και λειτουργία φωτοχημικού αναερόβιου χωνευτήρα τύπου UASB που ευνοεί την ανάπτυξη αυτότροφων βακτηρίων τα οποία χρησιμοποιούν, σαν θρεπτικό υπόστρωμα, το παραγόμενο CO2 με αποτέλεσμα να εμφανίζεται αυξημένη η συγκέντρωση του μεθανίου στο παραγόμενο βιοαέριο.  Παραγωγή βιοαερίου από αναερόβια χώνευση, υψηλής περιεκτικότητας σε μεθάνιο με πρόσθεση σιδήρου και H2SO4 στην τροφοδοσία του. Το καταβυθιζόμενο FeS ευνοεί την κοκκοποίηση της κυτταρικής μάζας με αποτέλεσμα να αυξάνεται η ενεργότητά της, η απόδοση των βιοαντιδράσεων και η ανοχή του αναερόβιου συστήματος σε συνθήκες χαμηλού pH.  Ανάπτυξη τεχνολογίας υδρόλυσης του αμύλου με αντιδράσεις Fenton με σκοπό την παραγωγή ενέργειας από αμυλούχα παραπροϊόντα.  Συνδυασμός χημικής οξείδωσης Fenton με τη δυνατότητα παραγωγής βιοαερίου από οργανικά απόβλητα με τη χρήση κοκκώδους αναερόβιας λάσπης.  Η προσθήκη κατάλληλης ποσότητας θειικού οξέος στην τροφοδοσία του αντιδραστήρα UASB οδηγεί σε μεταβολή της μικροβιακής του ποικιλομορφίας και αυξάνει το ποσοστό του μεθανίου στο παραγόμενο βιοαέριο όταν υπάρχουν ιόντα σιδήρου στο σύστημα. Διαπιστώθηκε μάλιστα ότι, μετά την προσθήκη κατάλληλης ποσότητας θειικού οξέος και παρουσία ιόντων σιδήρου επικρατούν στη μικροβιακή κοινότητα οι μεθανογόνοι μικροοργανισμοί που παράγουν μεθάνιο σχεδόν αποκλειστικά από την οδό της ακετοκλαστικής μεθανογένεσης.	el
heal.sponsor	Το έργο συγχρηματοδοτείται από την Ελλάδα και την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) μέσω του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Ανάπτυξη Ανθρώπινου Δυναμικού, Εκπαίδευση και Διά Βίου Μάθηση», στο πλαίσιο της Πράξης «Ενίσχυση του ανθρώπινου ερευνητικού δυναμικού μέσω της υλοποίησης διδακτορικής έρευνας – 2ος Κύκλος» (MIS-5000432), που υλοποιεί το Ίδρυμα Κρατικών Υποτροφιών (ΙΚΥ).	el
heal.advisorName	Βλυσίδης, Απόστολος
heal.committeeMemberName	Χατζηαβραμίδης, Δημήτριος
heal.committeeMemberName	Λυμπεράτος, Γεράσιμος
heal.committeeMemberName	Ταραντίλη, Πετρούλα
heal.committeeMemberName	Καρέλλας, Σωτήριος
heal.committeeMemberName	Αντωνοπούλου, Γεωργία
heal.committeeMemberName	Βλυσίδης, Ανέστης
heal.academicPublisher	Σχολή Χημικών Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	186
heal.fullTextAvailability	false