Πειραματική διερεύνηση κρίσιμων παραμέτρων αποδόμησης πολυυδροξυαλκανοϊκών εστέρων σε περιβάλλον ενεργού ιλύος
Loading...
Date
2025-10-10
Authors
Κολώνας, Κωνσταντίνος
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Η παρούσα διπλωματική εργασία εστιάζει στη μελέτη της βιοαποδόμησης του πολυυδροξυβουτυρικού (PHB), ενός σημαντικού βιοαποδομήσιμου πολυμερούς της οικογένειας των πολυυδροξυαλκανοϊκών εστέρων (PHAs), σε περιβάλλον ενεργού ιλύος προερχόμενης από την οξειδωτική τάφρο αστικής εγκατάστασης επεξεργασίας λυμάτων (ΕΕΛ).
Η παρουσία πολυυδροξυαλκανοϊκών (PHAs) σε ΕΕΛ είναι πιθανή λόγω της αυξανόμενης χρήσης βιοπλαστικών σε καθημερινές εφαρμογές και της απόρριψής τους στο αστικό αποχετευτικό δίκτυο. Επιπλέον, οργανισμοί των γένους Paracoccus, Pseudomonas και Bacillus, που απαντώνται στην ενεργό ιλύ, είναι ικανοί να βιοσυνθέτουν και να αποδομούν οι ίδιοι PHAs. Επομένως, η αξιολόγηση της συμπεριφοράς αυτών των πολυμερών σε πραγματικές συνθήκες ιλύος είναι κρίσιμη για τη βιωσιμότητα και τη διαχείριση τους στο πλαίσιο της κυκλικής οικονομίας.
Πραγματοποιήθηκαν πειράματα μικρής κλίμακας τύπου batch διάρκειας μίας εβδομάδας, με χρήση φρέσκιας ενεργού ιλύος σε κάθε περίπτωση. Ως υπόστρωμα χρησιμοποιήθηκε εμπορικό PHB σε μορφή σκόνης, ενώ διερευνήθηκε η επίδραση κρίσιμων παραμέτρων στη βιοαποδόμησή του: (i) θερμοκρασία (κυμαινόμενη θερμοκρασία περιβάλλοντος, 23°C και 35°C), (ii) συγκέντρωση πολυμερούς (0,5 g/L και 1,0 g/L), (iii) προσθήκη εξωτερικών πηγών άνθρακα (γλυκόζη, οξικό οξύ), και (iv) προσθήκη πηγών αζώτου (αμμωνιακό άζωτο και ουρία).
Η ενεργός ιλύς προερχόταν από διαφορετικές φάσεις λειτουργίας της ΕΕΛ, με σκοπό τη μελέτη της επίδρασης της μεταβλητότητας της αρχικής μικροβιακής βιομάζας. Η παρακολούθηση των πειραμάτων περιλάμβανε μετρήσεις διαλυτού COD, ολικών αιωρούμενων στερεών (TSS), pH, αμμωνιακού αζώτου, πτητικών λιπαρών οξέων (ΠΛΟ), καθώς και της συγκέντρωσης των προστιθέμενων πηγών άνθρακα και υπολειπόμενου PHB. Παράλληλα, έγινε χαρακτηρισμός των αρχικών ιλύων και κανονικοποίηση των αποτελεσμάτων με βάση τα χαρακτηριστικά τους.
Τα αποτελέσματα ανέδειξαν τη σαφή θετική επίδραση της αυξημένης θερμοκρασίας (35°C) στη βιοαποδόμηση του PHB, με τον υψηλότερο ρυθμό διάσπασης να καταγράφεται στα 7.88 mg·L⁻¹·h⁻¹ (κανονικοποιημένος 2.05 mg·g⁻¹ VSS·h⁻¹), έναντι χαμηλότερων τιμών στους 25°C και περιβάλλοντος. Αντίθετα, η αύξηση της συγκέντρωσης του πολυμερούς στα 1 g/L οδήγησε σε μείωση της αποδόμησης, γεγονός που καταδεικνύει τον περιοριστικό ρόλο της συγκέντρωσης υποστρώματος.
Η προσθήκη εξωτερικών πηγών άνθρακα βελτίωσε σημαντικά τις αποδόσεις, με τη γλυκόζη να μειώνει τους ρυθμούς (έως 5.23 mg·L⁻¹·h⁻¹) και το οξικό να επιτυγχάνει υψηλότερες τιμές (6.23 mg·L⁻¹·h⁻¹). Η ενίσχυση με άζωτο είχε πιο περιορισμένη αλλά μετρήσιμη επίδραση, με την ουρία και το NH₄Cl να φτάνουν έως 7.12 και 7.02 mg·L⁻¹·h⁻¹ αντίστοιχα. Τέλος, πραγματοποιήθηκε πείραμα υπό τις βέλτιστες συνθήκες, στο οποίο αξιολογήθηκε ο ρόλος της εγκλιματισμένης για 5 ημέρες λυματολάσπης, λαμβάνοντας υπόψη και περιβαλλοντικά δεδομένα της ΕΕΛ. Το αποτέλεσμα ήταν η σαφώς ταχύτερη αποδόμηση του βιοπλαστικού, με μη γραμμική τάση, γεγονός που καταδεικνύει την καθοριστική επίδραση του εγκλιματισμού της ιλύος στις απαιτούμενες συνθήκες.
Η μελέτη συμβάλλει στην κατανόηση της συμπεριφοράς των PHAs σε μονάδες επεξεργασίας λυμάτων και ενισχύει τη βάση για την περιβαλλοντική αποτίμηση και τον σχεδιασμό διαχειριστικών πρακτικών για τα βιοπλαστικά και αποτελεί μία από τις πρώτες πειραματικές μελέτες που διερευνούν τη βιοαποδόμηση εμπορικού PHB σε πραγματικό περιβάλλον ενεργού ιλύος από οξειδωτική τάφρο. Η προσέγγιση συνδυάζει κρίσιμες περιβαλλοντικές παραμέτρους και χαρακτηριστικά λειτουργίας ΕΕΛ με αξιολόγηση της επίδρασης εξωτερικών προσθηκών.
Description
Keywords
Μικροβιακή αποδόμηση, Βιοπλαστικά, Πολυυδροξυαλκανοϊκοί εστέρες, Ενεργός ίλυς, Ρυθμός αποδόμησης