Process development for anaerobic codigestion of agro-industrial wastewaters with sewage sludge from biological wwtp and by-products utilization
Authors: Αθανασούλια Ευαγγελία 
Published: August 2021

Η ενεργός ιλύς είναι ένα αναπόφευκτο παραπροϊόν που παράγεται σε μια ΜονάδαΕπεξεργασίας Υγρών Αποβλήτων (Μ.Ε.Υ.Α.). Καθώς οι ποσότητες της παραγόμενηςιλύος αυξάνονται διαρκώς, η διάθεσή της έχει καταστεί προβληματική.Στις μέρες μας, οι ενέργειες για την διαχείριση της ιλύος στρέφονται στηνεπαναχρησιμοποίησή της ως πηγή ενέργειας (Mossakowska et al., 1998). Υπό αυτήτην προοπτική, η αναερόβια χώνευση είναι μια αποτελεσματική μέθοδος για τηνεπεξεργασία της ιλύος καθώς μπορεί να μειώσει τις ποσότητες της παραγόμενηςιλύος, να ανακτήσει ενέργεια από την οργανική ύλη υπό μορφή βιοαερίου αλλά καινα σκοτώσει τους παθογόνους μικροοργανισμούς ώστε να μπορεί να διατεθεί σεαποδέκτες. Το παραγόμενο βιοαέριο μπορεί στη συνέχεια να αναβαθμιστεί και νατροφοδοτηθεί στους αγωγούς φυσικού αερίου ή να μεταφερθεί σε ένα σύστημασυμπαραγωγής θερμότητας και ηλεκτρισμού (Taherzadeh & Karimi, 2008). Με άλλαλόγια η ιλύς από απόβλητο μπορεί να αντιμετωπιστεί ως θερμότητα, ηλεκτρισμός καιλίπασμα.Βάσει όλων αυτών των χρήσιμων χαρακτηριστικών, γίνονται πολλές έρευνες για τηβελτίωση της ικανότητας χώνευσης της ιλύος και της λειτουργίας της αναερόβιαςχώνευσης ώστε να παράγεται ακόμη περισσότερη ενέργεια από το απόβλητο. Η κύριακατηγορία των ερευνών εστιάζεται στη βελτίωση των χαρακτηριστικών τωνυποστρωμάτων που υφίστανται την χώνευση μέσω της συνεπεξεργασίας τους μεάλλα απόβλητα ή με τη βοήθεια μεθόδων προεπεξεργασίας (μηχανικές, θερμικές,χημικές ή βιολογικές). Άλλες έρευνες στρέφονται στην ενίσχυση της παραγωγής τουβιοαερίου μέσω της βελτίωσης των λειτουργικών συνθηκών της χώνευσης (χρόνοςπαραμονής, συστήματα δύο φάσεων, συστήματα δύο σταδίων). Η παρούσαδιδακτορική διατριβή επικεντρώνεται στην ανεύρεση των κατάλληλωνσυνυποστρωμάτων για χώνευση, των βέλτιστων ποσοστών ανάμιξής τους καθώς καιτων βέλτιστων λειτουργικών συνθηκών.Συγκεκριμένα, σε πειράματα που πραγματοποιήθηκαν σε πιλοτική κλίμακαμελετήθηκε η λειτουργία και η παραγωγή βιοαερίου από την χώνευση δευτερογενούςιλύος σε μια συστοιχία δύο μεθανιογενών αντιδραστήρων συνεχούς ροής πλήρουςαναμίξεως οι οποίοι ήταν συνδεδεμένοι σε σειρά. Τα αποτελέσματα συγκρίθηκαν μετα αντίστοιχα που προέκυψαν από έναν συμβατικό ενός σταδίου αντιδραστήρασυνεχούς ροής πλήρους αναμίξεως. Οι χρόνοι παραμονής που μελετήθηκαν και σταδύο συστήματα -τα οποία λειτουργούσαν υπό μεσόφιλες συνθήκες- ήταν μεταξύ 12,3και 19,7 ημέρες. Προκειμένου να υπάρξουν τα οφέλη της αναερόβιας συν-επεξεργασίας αποβλήτων, προστέθηκαν διάφορα συν-υποστρώματα στην ιλύ όπωςαπόβλητο ελαιοτριβείου, γλυκερόλη που αποτελεί παραπροιόν κατά την διαδικασίαπαραγωγής βιοντίζελ καθώς και απόβλητο τυροκομείου. Σκοπός της έρευνας ήταν νααξιολογηθεί η αύξηση στην παραγωγή βιοαερίου από την χρήση των συν-υποστρωμάτων, να μελετηθεί η σταθερότητα του συστήματος μετά την προσθήκητους στην ιλύ και να βρεθεί ο βέλτιστος υδραυλικός χρόνος παραμονής που θααποδώσει τον βέλτιστο ρυθμό βιοαποικοδόμησης ή/ και παραγωγής μεθανίου.Η παρούσα διατριβή διαιρείται σε τέσσερα τμήματα. Στο πρώτο τμήμα, και τα δυοσυστήματα τροφοδοτούνταν συνεχώς με δευτερογενή ιλύ. Τα αποτελέσματα έδειξανότι το σύστημα της συστοιχίας μπορεί να βελτιώσει την παραγωγή βιοαερίου κατά9,5- 40,1%. Επιπλέον, και τα δύο συστήματα είχαν καλή ποιότητα εκροής και ησυγκέντρωση των πτητικών λιπαρών οξέων βρέθηκε κάτω από τα όρια ανίχνευσης.Σε όρους μείωσης των πτητικών αιωρούμενων στερεών, οι τιμές κυμάνθηκαν μεταξύ31,5% και 33,8% για το σύστημα ενός σταδίου και μεταξύ 36,2% και 40,7% για τησυστοιχία. Κατά τον δεύτερο κύκλο πειραμάτων, κάθε ένα από τα δύο συστήματατροφοδοτούνταν με ιλύ στην οποία είχε προστεθεί 2%, 3% και 4% (v/v) γλυκερόλη.Τα δύο πρώτα μείγματα βελτίωσαν την παραγωγή βιοαερίου 3,8-4,7 φορές και ηβιοαποικοδόμηση ξεπέρασε σε κάθε περίπτωση το 88%. Αντίθετα, με την προσθήκη4% γλυκερόλης στην ιλύ το σύστημα υπερφορτίστηκε και κατέρρευσε. Το τρίτοτμήμα της παρούσας έρευνας περιλαμβάνει την προσθήκη ελαιουργικού αποβλήτουστην ιλύ. Τα μίγματα που δοκιμάστηκαν ήταν 30% και 40% ελαιουργικό απόβλητο.Η προσθήκη 30% ελαιουργικού αποβλήτου βελτίωσε την παραγωγή βιοαερίου κατά139,6-211,2%. Η μέση απομάκρυνση του διαλυτού COD κυμάνθηκε μεταξύ 64 και72% ενώ η μείωση των πτητικών αιωρούμενων στερεών εκτιμήθηκε μεταξύ 27 και30%. Σε όρους εκλεκτικότητας βιοαερίου, μετρήθηκαν 0,6 λίτρα βιοαερίου ανάγραμμάριο ολικού COD που απομακρύνθηκε και 1,1 λίτρα βιοαερίου ανά γραμμάριοολικών πτητικών στερεών που απομακρύνθηκαν. Προσθήκη 40% ελαιουργικούαποβλήτου σε χρόνο παραμονής μικρότερο ή ίσο με 16,4 ημέρες οδήγησε σεκατάρρευση του συστήματος. Τέλος, στο τέταρτο πειραματικό κομμάτι το σύστηματης συστοιχίας εγκαταλείφτηκε λόγω υψηλού λειτουργικού κόστους. Το σύστημαενός σταδίου τροφοδοτήθηκε με ιλύ και τυροκομικό απόβλητο. Τα μείγματα πουδοκιμάστηκαν ήταν 10%, 20%, 30% και 40% σε υδραυλικούς χρόνους παραμονής16.4 και 19.7 ημέρες. Υψηλότερο ποσοστό τυροκομικού αποβλήτου στην ιλύ καθώςκαι χαμηλότερος χρόνος παραμονής οδήγησε το σύστημα σε μη σταθερές συνθήκες.Σε όλες τις περιπτώσεις τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η προσθήκη του τυροκομικούαποβλήτου ενίσχυσε την παραγωγή βιοαερίου της ιλύος κατά 28-303%.