title: Δυνατότητες ενεργειακής αξιοποίησης των βιοστερεών στην Κρήτη
title: Potential for energy production of biosolids in Crete
Creators: name: Λοιζος Σπυριδων
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2021

description: Σήμερα, η ραγδαία πληθυσμιακή και η παγκόσμια βιομηχανική ανάπτυξη έχουν επιφέρει τεράστια αύξηση των βιοστερεών που παράγονται καθημερινά. Οι ανάγκες τις οποίες δημιουργεί η συνεχόμενη αυξητική τάση της παραγωγής αποβλήτων, δεν μπορούν να καλυφθούν με τις μεθόδους που χρησιμοποιούνταν στο παρελθόν. Η ενεργειακή αξιοποίηση των βιοστερεών αποτελεί τη βέλτιστη λύση διαχείρισής τους, καθώς πρόκειται για μια φιλική προς το περιβάλλον μέθοδο, η οποία αξιοποιεί τις τεράστιες ποσότητες παραγόμενων βιοστερεών με την εκμετάλλευση τους ως καύσιμο υλικό για την παραγωγή ενέργειας.
Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι να εκτιμηθούν οι δυνατότητες ενεργειακής αξιοποίησης των βιοστερεών στην Κρήτη. Αρχικά, συλλέχθηκαν δείγματα βιοστερεών από συνολικά 7 Εγκαταστάσεις Επεξεργασίας Λυμάτων (ΕΕΛ) και από τους 4 Νομούς της Κρήτης. Από το Νομό Χανίων συλλέχθηκαν δείγματα από τις ΕΕΛ των Χανίων και του Πλατανιά, από το Νομό Ρεθύμνου από την ΕΕΛ του Ρεθύμνου, από το Νομό Ηρακλείου από τις ΕΕΛ του Ηρακλείου και των Μαλίων και από το Νομό Λασιθίου από τις ΕΕΛ της Ελούντας και της Ιεράπετρας. Τα δείγματα αυτά συλλέχθηκαν από τη δευτεροβάθμια επεξεργασία, ενώ στις ΕΕΛ όπου πραγματοποιείται πρωτοβάθμια επεξεργασία και η διεργασία της χώνευσης, συλλέχθηκαν και δείγματα πρωτοβάθμιας, ομογενοποιημένης και χωνεμένης ιλύος. Στη συνέχεια, τα δείγματα τοποθετήθηκαν σε θερμιδόμετρο βόμβας οξυγόνου για να μετρηθεί η θερμογόνος δύναμη τους. Οι μετρήσεις επαναλήφθηκαν 3 φορές για την ελαχιστοποίηση του σφάλματος και την εύρεση μιας αξιόπιστης μέσης τιμής. Παράλληλα, μετρήθηκαν τα ποσοστά σε ολικά στερεά (Total Solids, ΤS) και πτητικά στερεά (Volatile Solids, VS).
Σύμφωνα με τα αποτελέσματα των μετρήσεων, η ανώτερη θερμογόνος δύναμη (Higher Heating Value, HHV) των βιοστερεών της Κρήτης κυμαίνεται από 15,090 MJ/kg έως 28,459 MJ/kg, με τις υψηλότερες τιμές θερμογόνου δύναμης να συναντώνται στα βιοστερεά που συλλέχθηκαν κατά την πρωτοβάθμια επεξεργασία στις ΕΕΛ των Χανίων (28,459 MJ/kg) και του Ηρακλείου (23,649 MJ/kg). Με βάση τις τιμές αυτές, συμπεραίνεται ότι τα βιοστερεά τα οποία συλλέχθηκαν, μπορούν να αποτελέσουν ένα αυτοτελές καύσιμο υλικό για την παραγωγή ενέργειας, αντικαθιστώντας επάξια ευρέως διαδεδομένα καύσιμα υλικά, όπως ο λιγνίτης, το συνθετικό αέριο άνθρακα, η παλέτα, το ξύλο, το χαρτί, το πλαστικό, τα σκουπίδια και ο άνθρακας. Παράλληλα, παρατηρήθηκε ότι στις ΕΕΛ όπου πραγματοποιείται η διεργασία της χώνευσης, η θερμογόνος δύναμη των βιοστερεών τα οποία συλλέχθηκαν από τη δευτεροβάθμια επεξεργασία είναι μεγαλύτερη από αυτή των βιοστερεών που συλλέχθηκαν από τη χώνευση. Οι τιμές της θερμογόνου δύναμης των χωνεμένων βιοστερεών κυμαίνονται από 15,090 MJ/kg έως 16,982 MJ/kg.
Παράλληλα, επιλέχθηκε η μέθοδος της ηλιακής ξήρανσης σε κλειστή εγκατάσταση για μερική ξήρανση της ιλύος και η μέθοδος της αεριοποίησης για την ενεργειακή αξιοποίηση της. Σύμφωνα με τις μετρήσεις, το ενεργειακό περιεχόμενο των βιοστερεών που συλλέχθηκαν ήταν ικανό να καλύψει τις ενεργειακές ανάγκες του συστήματος και να επιτευχθεί αυτόνομη καύση των βιοστερεών για την παραγωγή ενέργειας.
description: Nowadays, the rapid population growth and the global industrial development have led to a huge increase in the daily produced biosolids. The needs that have arisen due to ever-increasing trend of waste production, cannot be met by the methods used in the past. The energy utilization of biosolids is the best solution for their management, as it is an environmentally friendly method, which utilizes the huge quantities of the produced biosolids, by exploiting them as a fuel for energy production.
The purpose of the present diploma thesis is to assess the potential for energy utilization of biosolids in Crete. Initially, samples of biosolids were collected from 7 Wastewater Treatment Plants (WWTPs), in the 4 Prefectures of Crete. From the Prefecture of Chania, samples from the WWTPs of Chania and Platanias were collected, from the Prefecture of Rethymnon from the WWTP of Rethymnon, from the Prefecture of Heraklion from the WWTPs of Heraklion and Malia and from the Prefecture of Lasithi from the WWTPs of Elounda and Ierapetra.  These samples, were collected from the secondary treatment, while in the WWTPs where the primary treatment and the digestion process takes place, samples of primary, mixed and digested sludge were collected too. Then, the samples were placed in an oxygen bomb calorimeter, in order to measure their calorific value. The measurements were repeated 3 times, to minimize the possibility of error and find a reliable average value. Also, the percentages of Total Solids (ΤS) and Volatile Solids (VS) were measured.
According to the results of the measurements, the calorific value (Higher Heating Value, HHV) of the biosolids of Crete ranges from 15.090 MJ/kg to 28.459 MJ/kg, with the highest calorific values to be found on the biosolids that were collected from the primary treatment, in WWTPs of Chania (28.459 MJ/kg) and Heraklion (23,649 MJ/kg). Based on these values, it is concluded that those biosolids can be a stand-alone fuel for energy production, worthily replacing widely used fuels such as lignite, synthetic carbon gas, palette, wood, paper, plastic, rubbish and carbon. Furthermore, it is observed that in the WWTPs where the digestion process takes place, the calorific value of the biosolids that were collected from the secondary treatment, is bigger than that of the biosolids collected from the digestion process. The calorific value of the digested biosolids ranges from 15.090 MJ/kg to 16.982 MJ/kg.
At the same time, the solar drying method was selected in a closed installation for partial sludge drying and the gasification method for its energy utilization. According to the measurements, the energy content of the biosolids collected, was capable of covering the energy needs of the system and to achieve autonomous combustion of biosolids for energy production.