Αξιολόγηση Εναλλακτικών Μεθόδων Προεπεξεργασίας της Βιολογικής Ιλύος για τη Βελτιστοποίηση της Παραγωγής Μεθανίου σε Μονάδες Αναερόβιας Χώνευσης

Abstract

Σκοπός της παρούσας εργασίας ήταν η αξιολόγηση διαφόρων μεθόδων προεπεξεργασίας της βιολογικής ιλύος ως προς τη βελτιστοποίηση της παραγωγής μεθανίου κατά τη διάρκεια της μεσόφιλης αναερόβιας χώνευσης. Ειδικότερα, για το σκοπό αυτό δοκιμάστηκαν δύο διαφορετικές μέθοδοι προεπεξεργασίας, η θερμική υδρόλυση που εφαρμόζεται κυρίως από την Νορβηγική εταιρεία Cambi και η εμβάπτιση σε υδατικό διάλυμα αμμωνίας η οποία διερευνάται σε πειραματικό στάδιο από το Aalborg University Copenhagen (AAU) ως μέθοδος προεπεξεργασίας πριν την αναερόβια χώνευση. Για να είναι η σύγκριση όσο το δυνατόν πιο αντικειμενική και πλήρης, χρησιμοποιήθηκε βιολογική ιλύς από δύο διαφορετικά Κέντρα Επεξεργασίας Λυμάτων, αυτό της Ψυτάλλειας και του Naestved (Δανία), . Κατά τη πειραματική διαδικασία, χρησιμοποιήθηκε χωνευτής συνεχούς τροφοδοσίας, ωφέλιμης χωρητικότητας 2.9L, ενώ παράλληλα εκτελέστηκαν και πειράματα προσδιορισμού του δυναμικού παραγωγής μεθανίου (methane potential). Η προεπεξεργασία με αμμωνία πραγματοποιήθηκε σε εργαστηριακή κλίμακα εντός του εργαστηρίου βιοτεχνολογίας του Aalborg University Copenhagen, ενώ η επεξεργασία με θερμική υδρόλυση πραγματοποιήθηκε σε πιλοτική διάταξη της Cambi στο Όσλο της Νορβηγίας. Από τα αποτελέσματα των πειραμάτων που εκτελέστηκαν φαίνεται πως οι μέθοδοι προεπεξεργασίας της βιολογικής ιλύος που εξετάστηκαν μπορεί να αυξήσουν σημαντικά τόσο το δυναμικό παραγωγής μεθανίου (αύξηση έως και 48% παρατηρήθηκε στα πειράματα προσδιορισμού του δυναμικού παραγωγής μεθανίου) όσο και το ρυθμό παραγωγής μεθανίου κατά την αναερόβια χώνευση. Ωστόσο πρέπει να επισημανθεί πως η σκοπιμότητα εφαρμογής οποιασδήποτε μεθόδου θα πρέπει να εξετάζεται για κάθε περίπτωση ξεχωριστά, καθότι το κόστος (κατασκευής των εγκαταστάσεων στη περίπτωση της θερμικής υδρόλυσης και προμήθειας-ανάκτησης χημικών στη περίπτωση της αμμωνίας) είναι σημαντικό.

Aim of this thesis was the assessment of different pretreatment methods of excess secondary wastewater sludge in relation to the methane produced during mesophilic anaerobic digestion. Specifically, two different pretreatment methods were tested, namely thermal hydrolysis that is implemented extensively by the Norwegian company Cambi and Soaking in Aqueous Ammonia that is currently being tested at an experimental level in Aalborg University Copenhagen (AAU) as a pretreatment before anaerobic digestion. In order for the comparison to be as objective and thorough as possible, sludge from two different WWTP was used, namely the Waste Water Treatment Plants in Psytalia and in Naestved (Denmark). During the experimental procedure, a continuous flow digester was used, with a capacity of 2.9L, and batch experiments were carried out to determine the methane potential of each substrate. The ammonia pretreatment was carried out at a laboratory scale in the biotechnology lab of Aalborg University Copenhagen, whereas the thermal hydrolysis was performed in a pilot plant operated by Cambi in Oslo, Norway. Judging from the experimental results, it appears that the pretreatment methods tested have a positive impact on both the methane production rate as well as the ultimate methane production through anaerobic digestion (an increase of up to 48% was observed for the methane potential experiments). However, we must stress the fact that each case needs to be evaluated separately, since the cost (the construction cost in the case of the thermal hydrolysis pretreatment and the cost of the supply and recovery of the chemicals in the case of SAA) is considerable.