Αναερόβια χώνευση οργανικών υπολειμμάτων ζυθοποιίας
Loading...
Date
2026-10-06
Authors
Βλάχου, Μαρία
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Στη σημερινή εποχή εξαιτίας της συνεχούς αύξησης του πληθυσμού και της βιομηχανικής δραστηριότητας, επιτακτική ανάγκη αποτελεί η σωστή διαχείριση του μεγάλου όγκου των παραγόμενων αποβλήτων. Οι πηγές προέλευσης των αποβλήτων ποικίλουν, με αποτέλεσμα την δημιουργία πολλών διαφορετικών κατηγοριών αποβλήτων με ξεχωριστά χαρακτηριστικά και ανάγκη ειδικών τρόπων επεξεργασίας. Όσον αφορά τον κλάδο της βιομηχανίας τροφίμων και ιδιαίτερα της βιομηχανίας ζυθοποιίας, η υψηλή κατανάλωση μπίρας συνοδεύεται από αντίστοιχη αύξηση των αποβλήτων που προκύπτουν από την παραγωγική διαδικασία. Τα απόβλητα αυτά χαρακτηρίζονται από υψηλό οργανικό φορτίο, γεγονός που δίνει ευκαιρίες για βιολογική αξιοποίησή τους ως προς την παραγωγή ενέργειας μέσω αναερόβιας χώνευσης, αντί της απόρριψής τους στο περιβάλλον.
Στην παρούσα διπλωματική εργασία έγινε συλλογή υγρών αποβλήτων ζυθοποιίας και πιο συγκεκριμένα αποβλήτων υπολειμματικής μαγιάς, ενεργοποιημένης ιλύος και χρησιμοποιημένου Kieselguhr, από την εγκατάσταση της Αθηναϊκής Ζυθοποιίας Α.Ε Πατρών. Τα τρία αυτά απόβλητα μελετήθηκαν ως προς την καταλληλότητά τους σαν υποστρώματα αναερόβιας χώνευσης και ως προς την παραγωγή μεθανίου και βιοαερίου. Επίσης μελέτη έγινε και για τους μεταξύ τους συνδυασμούς (co-digestion) και τις αντίστοιχες αποδόσεις. Αρχικά πραγματοποιήθηκε φυσικοχημικός χαρακτηρισμός των υποστρωμάτων με σκοπό την διεξαγωγή συμπερασμάτων σχετικά με τα επιμέρους χαρακτηριστικά τους. Για τον προσδιορισμό της δυνατότητας παραγωγής μεθανίου τους πραγματοποιήθηκαν δύο πειράματα BMP υπό θερμόφιλες συνθήκες (55ΟC), το πρώτο πείραμα διεξήχθη με χρήση serum vials ενώ το δεύτερο πραγματοποιήθηκε με αυτόματο σύστημα AMPTSΙΙ το οποίο παρείχε αυτόματη και συνεχή ανάδευση υπό σταθερή θερμοκρασία. Οι μετρήσεις μεθανίου του πρώτου πειράματος έγιναν με χρήση σύριγγας και ημερήσια δειγματοληψία και η ανάλυση της περιεκτικότητας του βιοαερίου ως προς μεθάνιο πραγματοποιήθηκε με χρήση χρωματογράφου αερίων (GC), ενώ για το δεύτερο πείραμα οι μετρήσεις ημερήσιας παραγωγής καταγράφονταν αυτόματα και με αξιοπιστία στο υπολογιστικό σύστημα. Για τα δύο πειράματα χρησιμοποιήθηκαν τέτοιες αναλογίες υποστρωμάτων, αναερόβιας ιλύος και αναερόβιου θρεπτικού μέσου, ώστε η ολική συγκέντρωση των VS να παραμένει 15 g/L. Τα πειραματικά αποτελέσματα που εξήχθησαν και για τα δυο πειράματα προσαρμόστηκαν σε κινητικό μοντέλο Gompertz, με πολύ καλή προσαρμογή (R2>0.98) και προσδιορίστηκαν οι κινητικές τους παράμετροι. Η συνολική παραγωγή μεθανίου των υποστρωμάτων για το πρώτο πείραμα κυμάνθηκε σε τιμές κοντά στα 200-400 Νml CH4/g VS, με τον συνδυασμό της μαγιάς με το Kieselguhr να αγγίζει την υψηλότερη παραγωγή με τιμή 406.63 ± 29.79 Νml CH4/g VS. Για το δεύτερο πείραμα η παραγωγή μεθανίου ήταν υψηλότερη σε τιμές κοντά στα 300 – 700 Νml CH4/g VS, με τον συνδυασμό της μαγιάς με την ιλύ να αγγίζει την τιμή 732.10 Νml CH4/g VS. Tο βιοαέριο που παράχθηκε είχε περιεκτικότητα σε μεθάνιο περίπου 50 60%. Όσον αφορά την αξιολόγηση της ενίσχυσης παραγωγής μεθανίου από τον συνδυασμό των υποστρωμάτων, προέκυψε και από τα δύο πειράματα ότι ο τριπλός συνδυασμός των υποστρωμάτων οδήγησε σε θετική ενίσχυση, ενώ σε παρεμπόδιση οδήγησε ο συνδυασμός της ιλύος με το Kieselguhr. Μετά την ολοκλήρωση των πειραμάτων BMP και αφού έχει γίνει μία πρώτη αξιολόγηση του δυναμικού των υποστρωμάτων, τέθηκε σε λειτουργία ο αντιδραστήρας συνεχούς ανάδευσης CSTR, υπό μεσόφιλες συνθήκες (37οC). Η χρήση αντιδραστήρα CSTR έγινε με σκοπό την υλοποίηση της αναερόβιας χώνευσης των υγρών αποβλήτων ζυθοποιίας σε συνεχή ροή, με σκοπό να προσομοιάσει την λειτουργία μίας τέτοιας εγκατάστασης σε βιομηχανική κλίμακα. Οι μετρήσεις παραγωγής βιοαερίου πραγματοποιούνταν με ένα σύστημα «click», το οποίο κατέγραφε την άνοδο της στάθμης του υγρού μίας υδραυλικής παγίδας, ενώ η περιεκτικότητα του μεθανίου μετρήθηκε με χρήση αναλυτή αερίων. Ο ρυθμός παραγωγής μεθανίου που καταγράφηκε είναι 846.56 ± 6.16 ΝmL CH4/L d για OLR 1 gVS/L d και 1,235± 40 ΝmL CH4/L d για OLR 2 gVS/L d. Ο αντιδραστήρας που χρησιμοποιήθηκε είχε ενεργό όγκο 4L. Η λειτουργία ήταν ομαλή και έφτασε σε μόνιμη κατάσταση, με την περιεκτικότητα του παραγόμενου βιοαερίου σε μεθάνιο να είναι περίπου 60% και για τις δύο τιμές OLR.
Description
Keywords
Αναερόβια χώνευση, Υπολείμματα ζυθοποιίας, Αντιδραστήρας συνεχούς ανάδευσης, Δυναμικό παραγωγής μεθανίου, Θερμόφιλες συνθήκες, Μεσόφιλες συνθήκες, Μεθανογένεση