Βελτιστοποίηση της αλκαλικής μικροκυματικής προεπεξεργασίας δευτεροβάθμιας ιλύος και διερεύνηση της μικροβιακής αξιοποίησής της
Loading...
Date
2026-10-07
Authors
Μούκας, Σπυρίδων
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Η παρούσα εργασία εστιάζει στη βελτιστοποίηση της αλκαλικής μικροκυματικής προεπεξεργασίας δευτεροβάθμιας ιλύος, προερχόμενης από την Εγκατάσταση Επεξεργασίας Λυμάτων του Πανεπιστημίου Πατρών, καθώς και στη διερεύνηση της δυνατότητας μικροβιακής αξιοποίησής της, με έμφαση στην παραγωγή μοριακού υδρογόνου και πολυ-υδροξυαλκανοϊκών εστέρων (PHAs).
Η βελτιστοποίηση της προεπεξεργασίας πραγματοποιήθηκε με τη μέθοδο επιφανειακής απόκρισης (Response Surface Methodology, RSM), με σχεδιασμό κεντρικού σύνθετου τύπου (Central Composite Design, CCD) 17 χειρισμών. Ως ανεξάρτητες μεταβλητές χρησιμοποιήθηκαν η ισχύς της μικροκυματικής ακτινοβολίας, η δόση διαλύματος NaOH και ο χρόνος έκθεσης, ενώ ως αποκρίσεις εξετάστηκαν η αύξηση του διαλυτού COD (sCOD) και η μείωση των ολικών αιωρούμενων στερεών (TSS). Στη συνέχεια, τα προεπεξεργασμένα δείγματα υποβλήθηκαν σε σκοτεινή ζύμωση, με χρήση εμβολίου από θερμικά επεξεργασμένη, χωνευμένη ιλύ της ΕΕΛ Ψυττάλειας, με στόχο την παραγωγή μοριακού υδρογόνου (H2) και πτητικών λιπαρών οξέων (VFAs). Εξετάστηκαν δύο μορφές υποστρώματος, η ολική επεξεργασμένη ιλύς (SLG) και το υπερκείμενο υγρό της κατόπιν φυγοκέντρησης (SPN), σε δύο επίπεδα έντασης προεπεξεργασίας. Παράλληλα, αναπτύχθηκαν και αξιολογήθηκαν δύο καθαρές μικροβιακές καλλιέργειες (EBL3, EBL4), και μία μικτή καλλιέργεια (DFR4) ως προς τη δυνατότητά τους να συσσωρεύουν PHA υπό συνθήκες περιορισμού αζώτου, σε πειράματα διαλείποντος έργου.
Η στατιστική ανάλυση των μοντέλων RSM ανέδειξε ικανοποιητική έως εξαιρετική προσαρμογή, χωρίς ωστόσο να εντοπίζεται κοινό βέλτιστο σημείο εντός του πειραματικού πεδίου για τις δύο αποκρίσεις. Στη βάση της ανάλυσης steepest ascent, επιλέχθηκε συμβιβαστική κατεύθυνση προς την αύξηση του sCOD, η οποία επιβεβαιώθηκε πειραματικά σε συμπληρωματικούς χειρισμούς: το διαλυτό COD αυξήθηκε από 69.4 mg L-1 στην ανεπεξέργαστη ιλύ έως και 5,090.68 mg L-1 στη συνθήκη υψηλότερης έντασης, δηλαδή περίπου 73 φορές. Η μείωση των TSS, αντίθετα, εξασθένησε στις εντονότερες συνθήκες, πιθανώς λόγω πρακτικών περιορισμών στην κλιμάκωση της δόσης NaOH.
Στα ζυμωτικά πειράματα, το υπερκείμενο υγρό απέδωσε σημαντικά υψηλότερη ειδική παραγωγή υδρογόνου συγκριτικά με την ολική ιλύ του ίδιου επιπέδου προεπεξεργασίας. Στο προφίλ των VFAs κυριάρχησε σε όλες τις καλλιέργειες το οξικό και βουτυρικό οξύ, υποδεικνύοντας την επικράτηση της μεταβολικής οδού οξικού-βουτυρικού, ευνοϊκής για την παραγωγή υδρογόνου.
Όσον αφορά την παραγωγή PHAs, σε επιλεγμένα δείγματα που συλλέχθηκαν στις 24 και 48 ώρες επώασης, ανιχνεύθηκε περιορισμένη και παροδική συσσώρευση συμπολυμερούς πολυ(3-υδροξυβουτυρικού-co-3-υδροξυβαλερικού) (PHBHV), της τάξης του 4-5% (g PHAs/100g CDM), με μοριακή αναλογία HB:HV στο πολυμερές ίση με 63:37, η οποία ωστόσο δεν διατηρήθηκε έως το τέλος του πειράματος. Επιπλέον, στο δείγμα αναφοράς με συνθετικό υπόστρωμα ανιχνεύθηκε χαμηλό ποσοστό συμπολυμερούς PHBHV. Τα ευρήματα αυτά υποδεικνύουν ότι, υπό τις εξεταζόμενες συνθήκες, η συσσώρευση PHA παρέμεινε περιορισμένη και ασταθής, γεγονός που καθιστά τη δυνατότητα παραγωγής βιοπλαστικού από το συγκεκριμένο υπόστρωμα ζήτημα προς περαιτέρω διερεύνηση παρά τεκμηριωμένο αποτέλεσμα.
Συνολικά, η εργασία καταδεικνύει την αποτελεσματικότητα της αλκαλικής μικροκυματικής προεπεξεργασίας ως μέσου ενίσχυσης της βιοδιαθεσιμότητας της ιλύος και ανάδειξης της δυνατότητάς της για παραγωγή μοριακού υδρογόνου, ενώ αναδεικνύει παράλληλα την ανάγκη περαιτέρω διερεύνησης των συνθηκών που ευνοούν τη συσσώρευση PHA, στο πλαίσιο της κυκλικής αξιοποίησης αστικών αποβλήτων.
Description
Keywords
Δευτεροβάθμια ιλύς, Μικροκυματική προεπεξεργασία, Αλκαλική προεπεξεργασία, Βιοϋδρογόνο, Πτητικά λιπαρά οξέα, Πολυ-υδροξυαλκανοϊκοί εστέρες, Κυκλική οικονομία