title: Σύγχρονες τεχνολογίες εξοικονόμησης ενέργειας σε εγκαταστάσεις επεξεργασίας αστικών λυμάτων
title: Contemporary energy saving technologies in municipal wastewater treatment plants
Creators: name: Κοντογιαννης Κωνσταντινος
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2024

description: Τα τελευταία χρόνια ασκείται όλο και μεγαλύτερη πίεση στον τομέα της επεξεργασίας 
υγρών αποβλήτων. Οι συμβατικές μέθοδοι επεξεργασίας λυμάτων απαιτούν 
σημαντική κατανάλωση ενέργειας, οδηγώντας σε υψηλότερα λειτουργικά έξοδα στις 
Εγκαταστάσεις Επεξεργασίας Λυμάτων (ΕΕΛ) και συμβάλλοντας στο φαινόμενο του 
θερμοκηπίου μέσω των αυξημένων εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου. Σκοπός της 
παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η περιγραφή και αξιολόγηση σύγχρονων 
τεχνολογιών επεξεργασίας υγρών αποβλήτων οι οποίες έχουν ως κύριο στόχο την 
εξοικονόμηση ενέργειας και κατ’ επέκταση τη μείωση των αερίων του θερμοκηπίου σε 
ΕΕΛ. Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετήθηκαν τεχνολογίες εξοικονόμησης 
ενέργειας που αφορούσαν την πρωτοβάθμια, δευτεροβάθμια επεξεργασία των υγρών 
αποβλήτων αλλά και την επεξεργασία της ιλύος. Μια εναλλακτική μέθοδος 
πρωτοβάθμιας επεξεργασίας υγρών αποβλήτων είναι η εφαρμογή της Χημικά 
Ενισχυμένης Πρωτοβάθμιας Επεξεργασίας (Chemical Enhanced Primary Treatment, 
CEPT) που στοχεύει στην υψηλή μείωση των αιωρούμενων στερεών (60-90%) στα 
υγρά απόβλητα με χρήση χημικών με αποτέλεσμα τη μείωση της κατανάλωσης 
ενέργειας κατά τη διεργασία του αερισμού παράλληλα με την αυξημένη παραγωγή 
ενέργειας κατά την αναερόβια χώνευση. Η κατανάλωση ενέργειας ανά κυβικό μέτρο 
υγρών αποβλήτων της CEPT κυμαίνεται από 0,07 έως 0,13 kWh/m3
. Η τεχνολογία της 
μικροκοσκίνισης θεωρείται αρκετά ελκυστική καθώς απαιτεί μικρά ποσά ενέργειας 
(0,04-0,4 kWh/m3
) και απαιτεί λιγότερο από το 5% του χώρου που καταλαμβάνει η 
συμβατική επεξεργασία, ενώ συνήθως παράγεται παρόμοια ή ακόμα και καλύτερη 
ποιότητα λυμάτων σε σχέση με τη συμβατική επεξεργασία. Η διεργασία της ενεργού 
ιλύος αποτελεί τον μεγαλύτερο καταναλωτή ενέργειας σε μια ΕΕΛ (0,3-0,65 kWh/m3
). 
Η διεργασία αναερόβιας οξείδωσης αμμωνίου αποτελεί εναλλακτική διεργασία 
εξοικονόμησης ενέργειας καθώς απαιτεί έως και 60% μειωμένες απαιτήσεις αερισμού 
σε σχέση με τη συμβατική επεξεργασία ενεργού ιλύος. Οι Μικροβιακές Κυψέλες 
Καυσίμου (Microbial Fuell Cells, MFC) αποτελούν μια ελπιδοφόρα τεχνολογία καθώς 
παρέχουν τη δυνατότητα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας απευθείας παράλληλα με 
την επεξεργασία λυμάτων. Βασικό πρόβλημα αποτελεί το κόστος ηλεκτροδίων και της 
μεμβράνης ανταλλαγής ιόντων. Η επεξεργασία υγρών αποβλήτων με μικροφύκη 
καταναλώνει επίσης μικρά ποσά ενέργειας διότι δεν απαιτεί παροχή αέρα λόγω της 
αξιοποίησης των περιβαλλοντικών συνθηκών. Τα Βιολογικά Φίλτρα (Trickling Filters, 
TF) θεωρούνται μια τεχνολογία χαμηλής ενέργειας (0,18-0,42 kWh/m3
) η οποία 
εμφανίζει τη μεγαλύτερη τεχνολογική ωριμότητα σε σχέση με τις υπόλοιπες 
τεχνολογίες που μελετήθηκαν. Όσον αφορά την επεξεργασία της ιλύος, με την 
εφαρμογή διεργασιών αναερόβιας επεξεργασίας, συγχώνευσης ιλύος με οργανικά 
απόβλητα αλλά και προ-επεξεργασίας της ιλύος πριν την αναερόβια χώνευσή 
επιτυγχάνεται πάνω από 50% αύξηση στη παραγωγή μεθανίου σε σχέση με τη 
συμβατική αναερόβια χώνευση. Τέλος η αεριοποίηση ιλύος παρουσιάζει πολλές 
προοπτικές εξέλιξης στον τομέα των υγρών αποβλήτων καθώς μπορούν να 
ανακτηθούν μεγάλα ποσά θερμικής και ηλεκτρικής ενέργειας μέσω του αερίου 
σύνθεσης (syngas).
description: In recent years there has been increasing pressure on the wastewater treatment sector. Conventional treatment methods require significant amounts of energy, leading to higher operating costs for Wastewater Treatment Plants (WWTPs) and contributing to global warming potential through high greenhouse gas emissions. The scope of this thesis is to describe and evaluate innovative wastewater treatment technologies which have the main objective of mitigating energy consumption and consequently reducing greenhouse gas emissions in WWTPs. In this thesis, energy saving technologies concerning primary, secondary treatment of wastewater as well as sludge treatment were studied. An alternative of primary treatment of wastewater process is the application of Chemical Enhanced Primary Treatment (CEPT) which aims to high reduction of suspended solids (60-90%) in wastewater using chemicals, resulting in a reduction of energy consumption during the aeration process along with increased energy production during anaerobic digestion. The energy consumption per cubic meter of wastewater in a CEPT ranges from 0.07 to 0.13 kWh/m3. Microsieving is considered an attractive technology as it requires small amounts of energy (0.04-0.4 kWh/m3), requires less than 5% of the space occupied by conventional treatment and usually produces similar or even better effluent quality in comparison to primary clarification. The activated sludge process is the largest energy consuming process in a WWTP (0.3-0.65 kWh/m3). Anaerobic ammonium oxidation is an alternative energy-saving process as it requires up to 60% less aeration requirements than conventional activated sludge treatment. Microbial Fuel Cells (MFCs) are a promising technology as they offer the possibility of generating electricity directly alongside treating wastewater. The main drawback of the MFCs is the cost of electrodes and the ion exchange membrane. Treating wastewater with microalgae also consumes small amounts of energy due to the fact that it does not require air supply given that these types of systems utilize the environmental conditions. Trickling Filters (TFs) are considered a low energy technology (0.18-0.42 kWh/m3) which shows the highest technological maturity compared to the other technologies studied. Regarding sludge treatment, the application of anaerobic treatment processes, sludge co-digestion with organic waste and sludge pre-treatment prior to anaerobic digestion achieves more than 50% increase in methane production compared to conventional anaerobic digestion. Finally, sludge gasification shows a lot of potential for development in the wastewater sector as large amounts of thermal and electrical energy can be recovered through syngas.