title: Investigation on the application of biological and physicochemical methods for solid greenhouse waste treatment
title: Εφαρμογή βιολογικών και φυσικοχημικών μεθόδων στην επεξεργασία στερεών αποβλήτων θερμοκηπίου
Creators: name: Θεοδωρακη Μαρια
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2019

description: Σε πολλές ευρωπαϊκές χώρες, όπως και στην Ελλάδα, γεωργικά και κτηνοτροφικά παραπροϊόντα και υπολείμματα δραστηριοτήτων, συνήθως απορρίπτονται σαν άχρηστα απόβλητα προκαλώντας σοβαρά προβλήματα ρύπανσης στο περιβάλλον. Πολλά από τα παραπάνω, μετά από κατάλληλη επεξεργασία, θα μπορούσαν να αποτελέσουν νέο οικονοµικό πόρο εκπληρώνοντας ταυτόχρονα τους κανόνες περιβαλλοντικής προστασίας.
Αντικείμενο της παρούσας εργασίας αποτελεί η διαχείριση των φυτικών και πλαστικών υπολειμμάτων, που προκύπτουν κατά την καλλιέργεια του φυτού τομάτας σε κλειστό θερμοκήπιο. Πιο συγκεκριμένα, διερευνήθηκε η δυνατότητα εφαρμογής βιολογικών και φυσικοχημικών μεθόδων επεξεργασίας σε στερεά απόβλητα θερμοκηπίου, τις πλαστικές μεμβράνες κάλυψης θερμοκηπίου (PE- Polyethylene) και το σπάγκο στηρίγματος φυτών (PP-Polypropylene). Για τη διεξαγωγή των βιολογικών διεργασιών πραγματοποιήθηκε προεπεξεργασία των δύο πλαστικών αποβλήτων σε φούρνο μικροκυμάτων στους 150 °C με πίεση 6 bar για 5 λεπτά.
Όσο αφορά τη βιολογική επεξεργασία αποβλήτων, η μέθοδος που χρησιμοποιήθηκε ήταν η αναερόβια χώνευση. Ως εμβόλιο στη διεργασία της αναερόβιας χώνευσης χρησιμοποιήθηκε βιολογική ιλύς που προερχόταν από μεσοφιλικό αναερόβιο χωνευτήρα εγκατάστασης αστικών λυμάτων. Η ιλύς αναμείχθηκε με τα υποστρώματα, τις πλαστικές μεμβράνες κάλυψης θερμοκηπίου και το σπάγκο στηρίγματος φυτών, προκειμένου να υπάρξει επαρκής ποσότητα μικροβιακής μάζας.
Αρχικά, προσδιορίστηκαν τα βασικά χαρακτηριστικά των υποστρωμάτων και του εμβολίου που χρησιμοποιήθηκαν για την πραγματοποίηση των δοκιμών και έπειτα έλαβαν χώρα οι δοκιμές βιοχημικού δυναμικού μεθανίου (Biochemical Methane Potential-BMP) οι οποίες αποσκοπούσαν στον προσδιορισμό της βιοαπoδομησιμότητας των υποστρωμάτων κατά την αναερόβια χώνευση και της δυνατότητας παραγωγής μεθανίου από αυτά. Οι παραπάνω δοκιμές, που διήρκησαν 60 ημέρες, διεξήχθησαν υπό μεσόφιλες συνθήκες (35 °C) σε αντιδραστήρες διαλείποντος έργου.
Η πειραματική διαδικασία κατέδειξε ότι οι αντιδραστήρες που περιείχαν τα δείγματα PEMW (Polyethylene Microwave- προεπεξεργασμένο απόβλητο πολυαιθυλενίου), PPMW (Polypropylene Microwave- προεπεξεργασμένο απόβλητο πολυπροπυλενίου), PE (απόβλητο πολυαιθυλενίου) και PP (απόβλητο πολυπροπυλενίου) οδήγησαν στην παραγωγή μεθανίου με τιμές ίσες με 150, 138, 127  και 120 mL CH4, αντίστοιχα.
Στη συνέχεια, μελετήθηκε η δυνατότητα αποδόμησης των υπολειμμάτων θερμοκηπίου μέσω υδροθερμικής επεξεργασίας. Στα πλαίσια του πειράματος χρησιμοποιήθηκαν αντιδραστήρες από χάλυβα των 25 mL που σφραγίζονταν αεροστεγώς. Η πειραματική διαδικασία προέβλεπε τη διεξαγωγή δοκιμών σε φυτικά υπολείμματα θερμοκηπίου στα οποία έγινε προσθήκη διαφορετικών πλαστικών υπολειμμάτων. Έτσι, για κάθε ένα από τα πολυμερή, δημιουργήθηκαν μείγματα με περιεκτικότητα σε πλαστικό 1 και 5% αντίστοιχα. Παράλληλα, διερευνήθηκε η επίδραση δύο διαφορετικών χρόνων επεξεργασίας (6 και 24 h) στα υπολείμματα θερμοκηπίου.
Υπολογίζοντας τη θερμογόνο δύναμη των υλικών που εξετάστηκαν, παρατηρήθηκε ότι στην περίπτωση των δειγμάτων με περιεκτικότητα 5% πλαστικού, επεξεργασία πάνω από 6 ώρες οδηγεί στη μείωση της θερμογόνου δύναμης τους, ενώ σε όλα τα δείγματα που περιέχουν ποσοστό 1% πλαστικού, παρατηρείται η τιμή θερμογόνου δύναμης να παραμένει σχετικά σταθερή παρά τη διαφορά στο χρόνο επεξεργασίας.

description: In many European countries as well as in Greece, agricultural and livestock by-products and residue from agriculture and livestock industries and activities are usually discarded as waste, often constituting serious problems of environmental pollution. In the meantime, a large part of them, after appropriate treatment, could be utilized as a new economic resource and at the same time conform to any regulations for environmental protection.
The present study focuses on the treatment of plant and plastic residues resulting from the cultivation of the tomato plant in a closed greenhouse. The first method used to treat any waste was Anaerobic Digestion. The plastic residues, string plant support and greenhouse’s plastic films, were pretreated in a microwave oven at 150 °C and 6 bar for 5 minutes. In the anaerobic digestion process, biological sludge derived from a mesophilic anaerobic digester was used as an inoculum. The sludge was mixed with the substrates (plastic residues) in order to provide a sufficient amount of microbial mass.
Initially, some basic parameters were assessed for the characterization of the two materials and the sludge, which affect the amount of biogas produced. Biochemical Methane Potential (BMP) tests were then carried out to determine the biodegradability of organic substrates during anaerobic digestion and the ability to produce methane from them. The aforementioned tests, which lasted 60 days, were conducted within mesophilic conditions (35 °C) in batch reactors. 
The experimental process demonstrated that the PEMW (Polyethylene MicroWave waste), PPMW (Polypropylene MicroWave waste), PE (polyethylene waste) and PP (polypropylene waste) samples produce values equal to 150, 138 and 127 mL of CH4, respectively.
Subsequently, the possibility of degrading greenhouse residue was examined via Hydrothermal method. Within the context of the experiment, 25 mL steel reactors were sealed in an airtight manner. For an optimal examination of the tested materials, mixtures with different compositions were prepared and two different residence times in the oven were set; at 6 and 24 h.
In calculating the higher heating value of the samples tested, it was observed that in the case of samples with a plastic content of 5%, their storage in the oven for more than 6 hours leads to a reduction in their higher heating value, whereas in all samples containing 1% plastic, the heating value is observed to remain relatively constant, despite any differences in residence time.