Αξιοποίηση του στερεού υπολείμματος αποβλήτων ελαιουργείων με ξήρανση ψεκασμού (spray drying):
Creators: name: Χασεκιόγλου, Αθανάσιος Νικολάου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2014
Subjects: Υγρά απόβλητα ελαιουργείων
Ξήρανση με ψεκασμό
Αφύγρανση
Olive mill wastewater (OMW)
Spray drying
Dehumidification

description: Τα υγρά απόβλητα των ελαιουργείων (OMW), τα οποία προέρχονται από διάφορα στάδια της ελαιοπαραγωγικής διαδικασίας, χαρακτηρίζονται από όξινο pH, υψηλό οργανικό φορτίο και υψηλή περιεκτικότητα σε φαινολικές ενώσεις. Τα χαρακτηριστικά αυτά προσδίδουν στα συγκεκριμένα απόβλητα έντονα φυτοτοξικό χαρακτήρα, ιδιότητα που τα καθιστά σοβαρή πηγή κινδύνου για το περιβάλλον. Η παρούσα διατριβή πραγματεύεται ένα μέρος μίας προτεινόμενης προσέγγισης για ένα ολοκληρωμένο σύστημα διαχείρισης των υγρών αποβλήτων ελαιουργείων, με παράλληλη ανάκτηση πολύτιμων παραπροϊόντων και βιολειτουργικών συστατικών. Αρχή του προτεινόμενου συστήματος είναι η αξιοποίηση όλων των συστατικών του αποβλήτου για παραγωγή παραπροϊόντων, έτσι ώστε το προτεινόμενο σχήμα απορρύπανσης να είναι οικονομικά βιώσιμο (τα έσοδα από τα παραπροϊόντα υπερκαλύπτουν το κόστος επεξεργασίας του αποβλήτου). Το νερό που παράγεται στην αφυδάτωση μπορεί και πρέπει να ανακυκλωθεί. Αυτό σημαίνει κυριολεκτικά μηδενικό υπόλειμμα. Συγκεκριμένα, αντικείμενο της παρούσας διατριβής είναι η εφαρμογή της τεχνικής ξήρανσης με ψεκασμό (spray drying) στο στερεό υπόλειμμα υγρών αποβλήτων (OMW-S), που προκύπτει από την κοσκίνησή τους. Στόχος είναι η παραγωγή αφυδατωμένης πάστας ελιάς, που μπορεί να ενσωματωθεί ως συστατικό σε μια σειρά αρτοσκευασμάτων (π.χ. ελαιόψωμο) και άλλων τροφίμων. Επειδή το στερεό αυτό υπόλειμμα είναι ένα προϊόν με έντονα θερμοπλαστικό χαρακτήρα, κατά την ξήρανσή του, τα ξηραινόμενα σωματίδια, ακόμη και σε χαμηλές θερμοκρασίες, δημιουργούν επικαθίσεις στα τοιχώματα του ξηραντήρα. Στην παρούσα διατριβή, για την αντιμετώπιση του προβλήματος των επικαθίσεων, επιχειρήθηκε μία προσέγγιση, η οποία έγκειται στη χρήση αφυγρασμένου αέρα ως μέσου ξήρανσης, σε συνδυασμό με τη χρήση μαλτοδεξτρινών, οι οποίες αυξάνουν σημαντικά τη θερμοκρασία υαλώδους μετάπτωσης (Tg) του υλικού. Η τεχνική αυτή δεν έχει μελετηθεί μέχρι σήμερα στη διεθνή βιβλιογραφία, για την ξήρανση υγρών αποβλήτων ελαιουργείων. Αρχικά, εκτελέστηκαν πειράματα ξήρανσης OMW-S με χρήση προσθέτων (μαλτοδεξτρίνες ή σκόνη άπαχου γάλακτος), σε μία τυπική διάταξη ξήρανσης ψεκασμού με ατμοσφαιρικό αέρα ως μέσο ξήρανσης. Όπως διαπιστώθηκε, ο σχηματισμός επικαθίσεων στα τοιχώματα του θαλάμου ξήρανσης ήταν ιδιαίτερα έντονος, με αποτέλεσμα η απόδοση της διεργασίας σε τελικό προϊόν να είναι χαμηλή και να κυμαίνεται από 1,30 έως 23,70% με τη χρήση μαλτοδεξτρινών και από 3,66 έως 10,88% με τη χρήση σκόνης άπαχου γάλακτος. Ακολούθως, με στόχο την επίλυση του προβλήματος σχηματισμού επικαθίσεων, ο ατμοσφαιρικός αέρας αντικαταστάθηκε με αφυγρασμένο και πραγματοποιήθηκαν πειράματα, χωρίς τη χρήση προσθέτων, στα οποία οι αποδόσεις της διεργασίας σε τελικό προϊόν ήταν σημαντικά αυξημένες και κυμάνθηκαν από 58,63 έως 80,52%. Βέβαια, το φαινόμενο του σχηματισμού επικαθίσεων δεν εξαλείφθηκε πλήρως, καθώς ακόμη και το ξηρό επιφανειακό στρώμα παρουσιάζει την τάση να κολλά σε σχετικά χαμηλές θερμοκρασίες. Για την επίτευξη μεγαλύτερων αποδόσεων πραγματοποιήθηκαν πειράματα ξήρανσης ψεκασμού, με συνδυασμό χρήσης μαλτοδεξτρινών και αφυγρασμένου αέρα. Οι αποδόσεις σε αυτόν τον κύκλο πειραμάτων ήταν ιδιαίτερα υψηλές μεταξύ 87,47 και 94,01%, κάτι που καθιστά τη συγκεκριμένη τεχνική μία ιδιαίτερα αποτελεσματική μέθοδο για την αξιοποίηση των υγρών αποβλήτων ελαιουργείων. Παράλληλα, έγινε μοντελοποίηση της διεργασίας ξήρανσης ψεκασμού, με ανάπτυξη εμπειρικών εξισώσεων που περιλαμβάνουν παραμέτρους με στατιστικά σημαντικές επιδράσεις και προβλέπουν την απόδοση της διεργασίας και τις ιδιότητες της παραγόμενης σκόνης. Τέλος, προσδιορίστηκαν κάποιες ιδιότητες που σχετίζονται με τη συμπεριφορά του υλικού κατά την ξήρανσή του, όπως η κινητική ξήρανσης και η κινητική υποβάθμισης των περιεχόμενων φαινολικών ενώσεων κατά την ξήρανση. Όπως διαπιστώθηκε, η ξήρανση συντελείται κυρίως κατά την περίοδο μειούμενου ρυθμού, με κύριο μηχανισμό τη διάχυση. Τα πειραματικά δεδομένα ξήρανσης προσαρμόστηκαν στο μηχανιστικό μοντέλο διάχυσης, καθώς και σε δέκα εμπειρικά μοντέλα ξήρανσης. Μετά από στατιστική ανάλυση βρέθηκε ότι το εμπειρικό μοντέλο Midilli περιγράφει ικανοποιητικά την πορεία της ξήρανσης. Επίσης, αναπτύχθηκε το πρώτης τάξης μαθηματικό μοντέλο για την περιγραφή της θερμικής υποβάθμισης των φαινολικών ενώσεων κατά την ξήρανση των υγρών αποβλήτων.
description: Olive mill wastewaters (OMW), produced from various stages of the olive oil production process, are characterized by acid pH, heavy organic load and high concentration in phenolic compounds. These properties make OMW highly phytotoxic, able to pose a great threat to the environment. The present dissertation addresses part of a proposed approach of an integrated management strategic of OMW, with simultaneous recovery of valuable by-products and bioactive compounds. The principle of this strategic is utilization of all generated products, including water that results from dehydration (to be recycled). Specifically, this dissertation focuses on drying of the solid fraction of the olive mill wastewaters (OMW-S) following their screening. This fraction is a highly thermoplastic product, which is generally difficult to dry. During the drying process, the condensed material tends to stick on the dryer wall or form agglomerates in the dryer chamber and conveying system, resulting in lower product yields and operational problems. In general, spray drying techniques for OMW have not been found in the literature. In this work, a new technique for spray drying OMW-S was developed; in this technique dehumidified air was used as drying medium while maltodextrin was used as drying agent, to raise the glass transition temperature (Tg) of the OMW-S. Initially, drying experiments were performed using drying aids (maltodextrin or skim milk powder). Wall deposits were significantly high and as a result the achieved values of product recovery varied from 1.30 to 23.70% using maltodextrins and 3.66 to 10.88% using skim milk powder. Consequently, a solution of residue formation problem was attempted by employing a modified spray drying system, using dehumidified air as drying medium. By conducting experiments without drying aids, residue formation seemed to be lower and product recovery ranged from 58.63 to 80.52%. However, the problem of residue formation was not fully resolved, since even the dry surface layer shows the tendency to stick, in relatively low temperatures. In order to upsurge the product recovery, a new technique for spray drying solid fraction of OMW using dehumidified air as drying medium and maltodextrin as drying agent was developed. This modified technique resulted in higher product recoveries, which varied from 87.47 to 94.01%. This approach can serve as a technically feasible method in order to fully utilize OMW. At the same time, empirical models, which include parameters with statistically significant effects and can predict product recovery and powder properties, were developed, through mathematical modelling of spray drying process. Finally, determination of properties associated with drying, such as drying kinetics and thermal degradation kinetics of phenolic compounds, were determined. As it was observed, during drying of OMW-S, the constant rate period was not exhibited and drying moved quickly to the falling rate period. Experimental data was fitted in the mechanistic model of diffusion as well as in ten empirical models. The Midilli model best fitted the experimental data. Moreover, a first-order decay model, with an Arrhenius and a polynomial dependency on temperature and water content, was developed to describe the thermal degradation of total phenolics in a drying process of olive mill wastewaters.