Enhancement of anaerobic digestibility of lipids and optimization of biogas production by implementing emulsification as pre-treatment method
Authors: Ευταξίας Αλέξανδρος 
Published: September 2021

Στόχος της παρούσας διδακτορικής διατριβής υπήρξε η ανάπτυξη ολοκληρωμένης διεργασίας αναερόβιας χώνευσης με υψηλή περιεκτικότητα σε λίπη μέσω της διερεύνησης και βελτιστοποίησης (α) κατάλληλης διεργασίας προ-επεξεργασίας λιπών/ελαίων για περιορισμό των λειτουργικό προβλημάτων και (β) κατάλληλου τύπου αντιδραστήρα για την διαχείριση αποβλήτων υψηλής περιεκτικότητας σε λίπη. Τα λιπίδια χαρακτηρίζονται από χαμηλή διαλυτότητα και πυκνότητα, με αποτέλεσμα να παρουσιάζουν χαμηλή διαθεσιμότητα καθώς επιπλέουν στην επιφάνεια του αντιδραστήρα. Η αναερόβια χώνευση λιπιδίων μπορεί να οδηγήσει σε λειτουργικές αστάθειες όπως διάλυση των κόκκων/ φλόκων της αναερόβιας βιομάζας, αφρισμό και επίπλευση της ιλύος, παρεμπόδιση και τοξικότητα έως και πλήρη κατάρρευση των διεργασιών παραγωγής βιοαερίου. Με στόχο τον περιορισμό των παραπάνω προβλημάτων έχουν εφαρμοστεί διάφορες μέθοδοι προ-επεξεργασίας των λιπιδίων οι οποίες στοχεύουν σε αύξηση της βιοδιαθεσιμότητας αυτών και σε άρση των περιορισμών στη μεταφορά μάζας. Τέτοιες μέθοδοι είναι η σαπωνοποίηση, η ενζυματική υδρόλυση και η γαλακτωματοποίηση. Η τελευταία μέθοδος προ-επεξεργασίας, οδηγεί στην μείωση του μεγέθους των λιπιδίων σε επίπεδα του μικρομέτρου αυξάνοντας έτσι σημαντικά τη διεπιφάνεια νερού-ελαίου και περιορίζοντας την επίπλευση ελεύθερων λιπών εντός του χωνευτή. Ως μειονεκτήματα της μεθόδου είναι ότι απαιτούνται σημαντικά ποσά ενέργειας καθώς και η προσθήκη γαλακτωματοποιητών. Σύμφωνα με τα παραπάνω η αναερόβια χώνευση λιπιδίων υπόκειται τόσο σε θερμοδυναμικούς περιορισμούς των βιολογικών διεργασιών όσο και τεχνικά και λειτουργικά προβλήματα της εγκατάστασης. Για τους παραπάνω λόγους η προσθήκη λιπιδίων σε μονάδες βιοαερίου πλήρους κλίμακας δεν πραγματοποιείται είτε είναι περιορισμένη. Μελετήθηκε η γαλακτωματοποίηση ως μέθοδος προ-επεξεργασίας για την αναερόβια χώνευση διαφορετικών LCFAs σε μεσόφιλες συνθήκες σε αντιδραστήρες ημι-συνεχούς λειτουργίας. Έγινε εφαρμογή του μοντέλου (ADM1) στα πειραματικά δεδομένα το οποίο συνέβαλε στην ποσοτικοποίηση των κινητικών παραμέτρων αποικοδόμησης του ελαϊκού οξέως ως συνάρτηση της εφαρμοζόμενης προ-επεξεργασίας. Εξετάστηκε ο περιοριστικός ρόλος των ιχνοστοιχείων στην αναερόβια αποικοδομησιμότητα γαλακτωματοποιημένου ζωικού λίπους. Τα πειράματα έλαβαν χώρα σε αντιδραστήρα πλήρους ανάμιξης (CSTR) με ανακυκλοφορία της βιομάζας (contact process). Δόθηκε έμφαση στην διερεύνηση και βελτιστοποίηση ενός κατάλληλου τύπου αντιδραστήρα (CSTR και PFR) για την συν-χώνευση αγροτοβιομηχανικών αποβλήτων με λίπη και έλαια. Τέλος πραγματοποιήθηκε τεχνοοικονομική ανάλυση ως προς την δυνατότητα αναβάθμισης μιας υφιστάμενης μονάδας αναερόβιας χώνευσης από τα 500 στα 1000 kW, μέσω της προσθήκης λιπιδίων σε ποσοστό 1% v/v. Η παρούσα διδακτορική διατριβή κατέληξε στα ακόλουθα συμπεράσματα: •Η γαλακτωματοποίηση ως μέθοδος προ-επεξεργασίας διαδραματίζει σημαντικό ρόλο στην αναερόβια χώνευση λιπιδίων. •Τα ιχνοστοιχεία διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στην αναερόβια χώνευση αποβλήτων με υψηλή περιεκτικότητα σε λίπη. •Το μοντέλο ADM1 είναι κατάλληλο για την προσομοίωση των διεργασιών αναερόβιας χώνευση σε όλες τις περιπτώσεις. •Το περιοριστικό βήμα ως προς την αναερόβια χώνευση των διαφορετικών LCFAs που μελετήθηκαν ήταν η αποικοδόμηση του στεαρικού οξέως.