Αξιοποίηση βιοστερεών για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας με συνδυασμό των μεθόδων μικροκοσκίνισης-αεριοποίησης
Authors: Μάναλη Ανθούλα 
Published: November 2023

Η μη αποτελεσματική λειτουργία των Εγκαταστάσεων Επεξεργασίας Λυμάτων (ΕΕΛ) λόγω της υπερφόρτωσης, σε συνδυασμό με τις υψηλές ενεργειακές απαιτήσεις των εγκαταστάσεων παρατεταμένου αερισμού, αλλά και την μη ικανοποιητική διαχείριση των βιοστερεών αποτελούν σημαντικά προβλήματα, που θα μπορούσαν να επιλυθούν μέσω ενός καινοτομικού συστήματος απομάκρυνσης των αιωρούμενων στερεών από τα λύματα πριν αυτά υποστούν βιολογική επεξεργασία και επακόλουθης αξιοποίησης των παραγόμενων βιοστερεών. Μία τέτοια πιλοτική μονάδα, με δυναμικότητα 5.000 m3/d εισερχόμενου αποβλήτου, έχει εγκατασταθεί στην ΕΕΛ Ρεθύμνου, αποτελούμενη κατά σειρά από: απομάκρυνση μέρους των στερεών ανάντη της δεξαμενής αερισμού μέσω μικροκοσκίνισης, αφαίρεση υγρασίας των παραγόμενων μικροκοσκινισμένων βιοστερεών μέσω ξήρανσης, παραγωγή αερίου σύνθεσης από τα βιοστερεά μέσω αεριοποίησης, και παραγωγή ηλεκτρικής και θερμικής ενέργειας από την καύση του παραγόμενου αερίου σύνθεσης μέσω μιας Μηχανής Εσωτερικής Καύσης (ΜΕΚ), για την κάλυψη των ενεργειακών αναγκών του συστήματος. Στα πλαίσια της παρούσας διδακτορικής διατριβής, πέρα από την ανάδειξη του ενεργειακού προβλήματος των ΕΕΛ ενεργού ιλύος, εξετάζονται και αξιολογούνται οι τεχνολογίες της προτεινόμενης μεθόδου, οι εφαρμογές τους και η πιθανότητα ευρείας υιοθέτησής τους από τις ΕΕΛ, διερευνώντας έτσι την αξιοποίηση του ενεργειακού περιεχομένου των αστικών υγρών αποβλήτων. Συγκεκριμένα, οι βασικοί στόχοι της διατριβής είναι: (i) η μελέτη του προφίλ των ΕΕΛ της Ελλάδος, ώστε να αναδειχθεί ενεργειακό τους πρόβλημα, (ii) ο σχεδιασμός, η κατασκευή και βελτιστοποίηση της λειτουργίας της παραπάνω πιλοτικής μονάδας, (iii) η εξέταση αποδοτικότητας της μικροκοσκίνισης και της αεριοποίησης, (iv) ο υπολογισμός του κρίσιμου μεγέθους πάνω από το οποίο μια εγκατάσταση μικροκοσκίνισης - αεριοποίησης ανάντη μιας συμβατικής ΕΕΛ ενεργού ιλύος θα έχει θετικό ενεργειακό ισοζύγιο, καθώς και (v) ο χαρακτηρισμός των παραγόμενων βιοστερεών, ο προσδιορισμός σύστασης των παραπροϊόντων και η πρόταση κατάλληλου τρόπου διαχείρισής τους. Το σύνολο των αποτελεσμάτων των μελετών που διεξήχθησαν οδηγεί στο συμπέρασμα ότι η προτεινόμενη μέθοδος προ-επεξεργασίας λυμάτων και αξιοποίησης των παραγόμενων βιοστερεών μπορεί να αποτελέσει λύση στις περιβαλλοντικές και οικονομικές παθογένειες που χαρακτηρίζουν τις σύγχρονες συμβατικές ΕΕΛ. Συγκεκριμένα, με την μικροκοσκίνιση απομακρύνεται περίπου το 30% των στερεών από τα απόβλητα, ενώ παράλληλα παράγονται περίπου 8 kg/h μικροκοσκινισμένα βιοστερεά (σε ξηρή βάση), τα οποία χαρακτηρίζονται από υψηλό ποσοστό οργανικών στερεών (TS 36 ± 2 %, VS 89,6 ± 0,69 % των TS) και αξιόλογο ενεργειακό περιεχόμενο (HHV 21,479 ± 1,434 MJ/kg) που τα καθιστά ιδανικά για υλικό τροφοδοσίας θερμικών μεθόδων επεξεργασίας και επομένως κατάλληλα για περαιτέρω ενεργειακή αξιοποίηση. Ως προς την ενεργειακή αυτονομία της μονάδας, οι υπολογισμοί των ισοζυγίων μάζας και ενέργειας έδειξαν ότι μπορεί να μην είναι δυνατό να επιτευχθεί πλήρης αυτονομία στην παρούσα εφαρμογή, όμως υπάρχουν πολλές εναλλακτικές που οδηγούν σε θετικό αποτέλεσμα με μικρές τροποποιήσεις, οι οποίες μπορούν εύκολα να ενσωματωθούν στην πιλοτική μονάδα σε μελλοντικές εφαρμογές. Επίσης, από τα ισοζύγια φάνηκε ότι τα συστήματα μεγαλύτερης δυναμικότητας πλεονεκτούν ενεργειακά συγκριτικά με τα μικρότερα λόγω «οικονομίας κλίμακος», αφού καταναλώνουν λιγότερη ενέργεια ανά μονάδα εισερχόμενης μάζας. Τέλος, από τον προσδιορισμό των εισροών - εκροών, την εκτίμηση του περιβαλλοντικού αποτυπώματος αλλά και την Ανάλυση Κύκλου Ζωής (ΑΚΖ) της πιλοτικής μονάδας προέκυψε ότι η εφαρμογή της προτεινόμενης μεθόδου προκαλεί περιβαλλοντική βελτίωση συγκριτικά με τις συνήθεις μεθόδους που εφαρμόζονται ευρέως στις συμβατικές ΕΕΛ.