Search

Περίληψη: Η παραγωγή βιοαερίου με αναερόβια χώνευση έχει προσελκύσει το ενδιαφέρον της επιστημονικής κοινότητας, καθώς με την αύξηση του πληθυσμού, έχει αυξηθεί η ανάγκη για την παραγωγή ανανεώσιμης ενέργειας, προστατεύοντας ταυτόχρονα το περιβάλλον με την σταθεροποίηση των αποβλήτων και με την μείωση των αέριων εκπομπών. Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας, που εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Σχεδιασμού Περιβαλλοντικών Διεργασιών της Σχολής Μηχανικών Περιβάλλοντος του Πολυτεχνείου Κρήτης, είναι να εξετάσει την επίδραση των φορέων ακινητοποίησης στην παραγωγή βιοαερίου από βιοστερεά μικροκοσκίνησης σε μεσόφιλους αναερόβιους χωνευτές διαλείποντος έργου. Οι φορείς ενισχύουν την παραγωγή βιοαερίου, διευκολύνοντας την ανάπτυξη των μικροοργανισμών στην πορώδες επιφάνειά τους. Οι προσκολλημένοι μικροοργανισμοί (βιομάζα) σχηματίζουν βιοφίλμ πάνω στους φορείς, αποφεύγοντας τις τοξικές συγκεντρώσεις που θα ήταν ανασταλτικές για την αναπαραγωγή τους. Τα βιοστερεά από το μικροκόσκινο στην εγκατάσταση επεξεργασίας αστικών λυμάτων του Ρεθύμνου, ήταν κατάλληλα ως υπόστρωμα με λόγο C/N να είναι 20,56 και η περιεκτικότητα τους σε ολικά και πτητικά στερεά (επί των ολικών στερεών) 37,5±1,6% και 80,1±2% αντίστοιχα, αναμείχθηκαν με εμβόλιο, το οποίο ήταν βιολογική ιλύς από μεσοφιλικό χωνευτήρα μονάδας επεξεργασίας αστικών λυμάτων. Πραγματοποιήθηκαν τρεις αναερόβιες χωνεύσεις των 16 ημερών με λόγο υποστρώματος- εμβολίου να είναι 1, περιεκτικότητα σε ολικά στερεά για την 1η, την 2η και την 3η αναερόβια χώνευση 4,40%, 4,88%, 4,30% αντίστοιχα, σε πτητικά στερεά 72,95%, 64,41%, 72,75% αντίστοιχα και προστέθηκαν συνολικά 3,64 gVS, 3,78 gVS, 3,47 gVS αντίστοιχα. Οι φορείς ακινητοποίησης που χρησιμοποιήθηκαν ήταν πλαστικό, αφρώδες πολυαιθυλένιο, καρπός κυπαρισσιού και ελαφρόπετρα. Στους χωνευτές που είχαν προστεθεί οι διαφορετικοί φορείς ακινητοποίησης, παρατηρήθηκε μεγαλύτερη αθροιστική παραγωγή βιοαερίου από τους χωνευτές που δεν είχαν φορείς, με την ελαφρόπετρα να παρουσιάζει την μέγιστη τιμή, 466,89±0,7 ml/gVSadded. Ακόμη, με τη χρήση φορέων παρατηρήθηκε ότι η μέγιστη ημερήσια παραγωγή γινόταν νωρίτερα σε σχέση με τους χωνευτές που δεν είχαν φορείς, με μέση μέγιστη ημερήσια παραγωγή 57,67±0,7 ml/gVSadded*d από την ελαφρόπετρα. Η μέση ποσοστιαία ακινητοποίηση της βιομάζας για τα πλαστικά ήταν 6,69±0,25% για το αφρώδες πολυαιθυλένιο 8,53±1,17%, για τον καρπό 8,96±0,28% και για την ελαφρόπετρα 9,13±0,24%. Γενικά, λίγες ήταν οι διαφοροποιήσεις μεταξύ των φορέων. Ο καρπός ξεχώρισε στην έναρξη των πειραμάτων, επειδή στην επιφάνειά του είχε θρεπτικές μικροουσίες που ενίσχυσαν την αναερόβια χώνευση. Μόλις όμως όλοι οι φορείς είχαν ακινητοποιήσει ένα ποσοστό βιομάζας είχαν θετικά αποτελέσματα στην παραγωγή βιοαερίου με την ελαφρόπετρα και το αφρώδες πολυαιθυλένιο να ξεχωρίζουν ελάχιστα περισσότερο και ο λόγος είναι ότι είχαν μεγαλύτερη τραχύτητα στην επιφάνειά τους και σημεία εγκλωβισμού της βιομάζας με αποτέλεσμα να δημιουργείται ένα παχύρευστο βιοφίλμ, το οποίο δεν καταστρεφόταν τόσο εύκολα, σε αντίθεση με τα πλαστικά και τον καρπό. Summarization: Biogas production with anaerobic digestion process has attracted the interest of the scientific community, as population growth, has increased the need for renewable energy production, while protecting the environment by stabilizing wastes and reducing gaseous emissions. The purpose of the present thesis, which was prepared in the Environmental Processes Design Laboratory, part of Environmental Engineering School of the Technical University of Crete, is to examine the effect of immobilization carriers on biogas production from microsieved biosolids in mesophilic batch anaerobic digesters. The carriers enhance biogas production, facilitating the growth of microorganisms on the porous surface. Immobilized microorganisms (biomass) create a biofilm on the carriers, avoiding toxic concentration of substances that would inhibit their reproduction. Microsieved biosolids, which was produced from a microscreen machine at the municipal wastewater treatment plant of Rethymno city, was suitable as a substrate with C/N ratio of 20,56 and their content of total and volatile solids (on total solids) is 37,5±1,6% and 80,1±2% respectively and were mixed with an inoculum, which was a biological sludge from a mesophilic digester of sewage treatment plant. Three anaerobic digestions of 16 days were done and substrate-inoculum ratio was 1, content of total solids for the 1st, 2nd and 3rd anaerobic digestion was 4,40%, 4,88%, 4,30% respectively, content of volatile solids was 72,95%, 64,41%, 72,75% respectively, as a result were added 3,47 gVS, 3,78 gVS and 3,47 gVS respectively. As immobilization carriers used plastic, polyethylene foam, cypress fruit and pumice stone. In the digesters with carriers was observed more cumulative biogas production than the digesters without carriers. Pumice stone had the maximum value of 466,89±0,7 ml/gVSadded. Furthermore, using carriers was observed that the maximum daily biogas production was earlier than the digester without carriers. The average maximum daily production was 57,67±0,7 ml/gVSadded*d, that produced from the pumice stone. The average percentage immobilization of the biomass for plastics was 6.69 ± 0.25%, for the foamed polyethylene 8.53 ± 1.17%, for the cypress fruit 8.96 ± 0.28% and for the pumice stone 9.13 ± 0.24%. In general, there were only few differences between the carriers. The cypress fruit stood out at the beginning of the experiments, because on its surface had nutritional substances that enhanced anaerobic digestion. However, once all carriers had immobilized biomass, they had positive effect on biogas production. Pumice stone and polyethylene foam stood out and the reason was that they had more roughness surface and they entrapped biomass into their porous more than the other materials, as a result a viscous biofilm was created that did not easily break.

Summarization: The need for energy is continuously increasing nowadays, if we take into account the rapid population growth and industrial development. Currently, this demand is satisfied partially by conventional energy resources and fuels such as coal, by 41,3%, natural gas, by 21,9%, nuclear, by 11,7%, oil, by 4,8% etc., which are also regarded responsible for a great deal of environmental problems, such as global warming or greenhouse emissions. As a result there has been the need of people to find ways to protect their natural environment and subsequently come up with more environmentally friendly solutions regarding energy development and exploitation. This is exactly where the issue of bioenergy emerges. Bioenergy is a renewable energy made available from materials derived from biological sources. One of the renewable resources that has gradually started to gain more and more interest is biomass. In this project, experimental study and research has been carried out in order to create fuels out of natural products such as vegetable oils and animal fats. In the latest years, pyrolysis of biomass has become quite popular as a source for energy production and fuels. Through the process of pyrolysis, there is production of bio liquids and biofuels, which can be considered alternative and efficient materials in terms of fuels. With further treatment, their products can be adapted and added to refined petroleum products. More specifically, the pyrolysis of oils and fats allows the thermochemical conversion of triglycerides to substances with similar properties to those of gasoline. As a result, the aim of this paper was to study and monitor the effect of some control parameters in the pyrolysis processes of vegetable and aviary oils, taken into account their acidity, profiles, age so as to compare the conversion yields of the products produced with those of the biofuels.