Επεξεργασία οργανικού κλάσματος απορριμμάτων με χρήση πρότυπου οικιακού κομποστοποιητή

Abstract

Το οργανικό κλάσμα των οικιακών απορριμμάτων είναι ένα σημαντικό ρυπαντικό φορτίο και χρήζει σωστής διαχείρισης. Η κομποστοποίηση του οργανικού κλάσματος με τον διαχωρισμό στην πηγή παραγωγής τους, μπορεί να οδηγήσει στη δημιουργία χρήσιμου προϊόντος. Οι διεργασίες κομποστοποίησης όπως και ο αντιδραστήρας που χρησιμοποιούνται μπορούν να επηρεάσουν σημαντικά την ποιότητα του τελικού προϊόντος. Η παρούσα διπλωματική εργασία έχει ως κύριο στόχο τη μελέτη των ποιοτικών χαρακτηριστικών του προϊόντος που προκύπτει από τα βιοαποδομήσιμα οικιακά απορρίμματα με τη χρήση πρότυπου κάδου κομποστοποίησης, ειδικά σχεδιασμένου από το Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο και συγκεκριμένα από το Εργαστηρίο Επιστήμης και Τεχνολογίας Περιβάλλοντος της σχολής Χημικών Μηχανικών, καθώς και την παρακολούθηση των συνθηκών εξέλιξης της διαδικασίας της κομποστοποίησης κατά τη λειτουργία του κάδου. Μελετάται η συμπεριφορά των φυσικοχημικών και βιολογικών ιδιοτήτων του παραγόμενου προϊόντος κατά τη διάρκεια λειτουργίας του κάδου και μετά τη διακοπή λειτουργίας του, ενώ δίνεται έμφαση στην μελέτη των επιδράσεων που έχουν τα φυσικά ορυκτά όταν αυτά προστεθούν στο προς κομποστοποίηση μίγμα. Τέλος πραγματοποιείται μελέτη της επίδρασης του αρχικού λόγου C/N στο τελικό προϊόν. Στο πρώτο κεφάλαιο αρχικά γίνεται περιγραφή της περιβαλλοντικής νομοθεσίας που προβλέπεται από την Ευρωπαϊκή Ένωση και αφορά στον τρόπο επεξεργασίας, διαχείρισης και τελικής διάθεσης των στερεών αποβλήτων και γίνεται αναφορά στη σύσταση και τις ιδιότητες του οργανικού κλάσματος των απορριμμάτων. Το δεύτερο κεφάλαιο ασχολείται με τις μεθόδους που έχουν μελετηθεί και αναπτυχθεί μέχρι σήμερα και αφορούν στον τρόπο διαχείρισης και τελικής διάθεσης των στερεών αποβλήτων. Στο τρίτο κεφάλαιο γίνεται μία εκτενής περιγραφή της κομποστοποίησης αναφορικά με τους παράγοντες που την επηρεάζουν, λειτουργικά προβλήματα που πιθανό να αντιμετωπίσουμε, εγκαταστάσεις και συστήματα που υπάρχουν, δίνοντας έμφαση στην οικιακή κομποστοποίηση. Το τέταρτο κεφάλαιο αναφέρεται στα πρόσθετα υλικά που χρησιμοποιούνται στην διεργασία της κομποστοποίησης. Πραγματοποιείται περιγραφή στα διάφορα ορυκτά που χρησιμοποιήθηκαν ως πρόσθετα για τις ανάγκες των πειραμάτων, σχετικά με τη δομή, τις ιδιότητες και τη χρήση των ορυκτών αυτών (ζεόλιθος, βερμικουλίτης, περλίτης). Τέλος γίνεται σύντομη αναφορά στο πριονίδι και το ώριμο κόμποστ ως πρόσθετα. Στο πέμπτο κεφάλαιο περιγράφεται η πειραματική διαδικασία που ακολουθήθηκε και η μεθοδολογία που χρησιμοποιήθηκε για τη διεξαγωγή του πειραματικού μέρους της παρούσας διπλωματικής εργασίας. Στο έκτο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της πειραματικής διαδικασίας. Ταυτόχρονα αναπτύσσεται συζήτηση, αξιολόγηση και ερμηνεία των αποτελεσμάτων ξεχωριστά για κάθε αντιδραστήρα με τη βοήθεια συγκριτικών διαγραμμάτων. Στη συνέχεια ακολουθεί σύγκριση των αποτελεσμάτων του παρόντος πειραματικού κύκλου με εκείνα προγενέστερων πειραματικών κύκλων με διαφορετική αρχική σύσταση υποστρώματος. Στο έβδομο κεφάλαιο πραγματοποιείται αξιολόγηση του παραγόμενου προϊόντος και εξάγονται τα συμπεράσματα που προκύπτουν από τo έκτο κεφάλαιο. Συμπερασματικά στον πρότυπο κομποστοποιητή με αρχικό σταθερό λόγο C/N=20 η διεργασία της κομποστοποίησης εκτελέσθηκε ικανοποιητικά και παράχθηκε υψηλής ποιότητας εδαφοβελτιωτικό εντός προδιαγραφών, οι ιδιότητες του οποίου βελτιώνονται με την προσθήκη φυσικών ορυκτών. Ωστόσο μετά από σύγκριση με προγενέστερους κύκλους συμπεραίνουμε ότι ο βέλτιστος αρχικός λόγος C/N του υποστρώματος αντιστοιχεί στο 30.

The organic fraction of household waste is a significant pollutant load and requires proper management. The composting of the organic fraction by separating the source of production, can create useful product. The composting processes as well as the reactor used can significantly affect the quality of the final product. The main focus of the following thesis is to study the properties of the product derived from the composting of household waste which took place inside a specifically designed by the National Technical University and in particular by the Laboratory Environmental Science and Technology School of Chemical Engineering, compost reactor, as well as the results obtained from a vast number of measurements. Four reactors were used in total and measurements were taken from all four reactors. The physical and chemical properties of the product were scrutinized during the composting process and after its removal from the reactor. Detailed analysis has been made on the effect of the C/N ratio and the minerals or sawdust used, identified as major components of the process. The first chapter is a description of the initial environmental legislation set out by the European Union concerning the method of processing, handling and disposal of solid waste and refers to the composition and properties of the organic fraction of the waste. The second chapter deals with the methods that have been studied and developed to date and focuses on the different ways in which the management and disposal of solid waste take place. The third chapter is an extensive description of composting regarding the factors that affect it, the operational problems likely to confront and the facilities and systems in place, focusing on home composting. The fourth chapter refers to the additional materials used in the composting process. There is a description of the various minerals used as additives for the purposes of the experiments on the structure, properties and use of those minerals (zeolite, vermiculite, perlite). Finally, there is a brief reference to the sawdust and the mature compost as additives. The fifth chapter describes the experimental procedure followed and the methodology used to conduct the experimental part of this thesis. In the sixth chapter, the results of the experimental procedure are presented. Simultaneously follows a discussion, evaluation and interpretation of results for each reactor using comparative diagrams and then a comparison of the results of this test cycle with those of previous experimental cycles with different initial substrate composition. The seventh chapter gives an assessment of the product produced and exports the conclusions according to the sixth chapter. Finally by the standard composter with initial fixed ratio C / N = 20 the composting process performed well and produced high quality compost within specifications, the properties of which are improved by the adding natural minerals. But after comparing with previous cycles we conclude that the optimal initial C / N ratio to the substrate corresponds to 30.