Επεξεργασία αγροτοβιομηχανικών αποβλήτων με αναερόβια χώνευση στην περιοχή της Ηπείρου

Abstract

In the present thesis 5 different farming and agro industrial wastes and wastewaters (lactating cow manure, fattening pig wastes, slaughterhouse wastes, olive mill waste water and table olive waste water) and several mixtures of these, were digested in order to identify the most productive mixtures, when considering methane production per ton of incoming wastes as the most important parameter. In order to achieve the target 4 complete mix stirred reactors were constructed with total volume of 50 liters. The large volume of the treatment vessels was selected in order to allow large volumes of wastewaters to be added daily as well as to allow experimentation with large organic loading rates (2.5-4.7 kgVS/m3d) The experimental process was divided into three stages: In the first stage the study of each waste in different dilutions with water took place (0-80%). In the second stage each of the three agro industrial wastes were co-digested with the farming wastes in different ratios. In the third stage studied the simultaneous digestion of all the wastes were investigated besides the olive mill waste water as it has already extensively studied.During the experimental process the temperature of the treatment vessels sustained in the thermophilic region due to the increased rate of conversion that this temperature offers as well as it allows the increased organic loading before the appearance of signs of process overloading and collapse.From this study the following conclusions can be drawn:•With the application of mixtures composted from lactating cow manure, fattening pig manure and poultry manure as primary substrate and carrier of anaerobic microorganisms, it is possible the startup of an anaerobic digester within less than 90 days, starting from mesophilic temperatures and increasing gradually the temperature of the reactor.•The two farming wastes that studied could be digested without the addition of inoculum, however, long incubation time is required•Among the wastes studied the slaughterhouse wastes was proven the best substrate in terms of methane production per ton of waste as the most important parameter, however its addition in large volumes can affect the process by causing extensive inhibition, mainly due to the present of high concentrations of nitrogen and fats.•Olive mill waste water is an excellent substrate which in the same time increases the volumes of methane produced, reduces the concentrations of ammonia while it can control the pH levels within the digesters when required.•The table olive processing wastewater offers small volumes of methane but it can be used for dilution when this is required in order to control the organic loading rate of the system, reducing the water usage while controlling the carbon/nitrogen ratio and the pH.•Organic loading of over 4kg of volatile solids per m3/d with manures as exclusive substrate increases the volumetric methane production (l/l) while reducing the specific production per unit of waste.•If animal manures is the main composite of the incoming mixtures, methane production per m3 of wastewater can hardly exhibit 30m3/m3 in complete mix anaerobic reactors.

Στην παρούσα μελέτη έλαβε χώρα η διερεύνηση της διαχείρισης πέντε διαφορετικών αποβλήτων (απόβλητο γαλακτοφόρων αγελάδων, απόβλητο πάχυνσης χοίρων, απόβλητο βρωσίμων ελιών, απόβλητο σφαγείου και απόβλητο ελαιοτριβείου) και μιγμάτων αυτών, ούτως ώστε να βρεθούν τα κατάλληλα μίγματα με τα οποία βιομηχανικοί αναερόβιοι χωνευτές μπορούν να λειτουργήσουν με τη μέγιστη απόδοση όσον αφορά την παραγωγή μεθανίου. Για την επίτευξη του παραπάνω στόχου κατασκευάστηκαν 4 χωνευτές πλήρους ανάμειξης και συνολικού όγκου 50 l για να επιτραπεί η μελέτη μεγάλων ποσοτήτων αποβλήτων και μεγάλων οργανικών φορτίσεων (2.5-4.7 kg πτητικά στερεά ανά m3/d). Ο πειραματισμός χωρίστηκε σε τρία στάδια. Στο πρώτο μέρος μελετήθηκαν μεμονωμένα τα απόβλητα σε διαφορετικές αραιώσεις με νερό (0-80%). Στο δεύτερο στάδιο έλαβαν χώρα συγχωνεύσεις των τριών αγροτοβιομηχανικών αποβλήτων με κτηνοτροφικά απόβλητα σε διαφορετικές αναλογίες μιγμάτων και τέλος στο τρίτο στάδιο μελετήθηκε η ταυτόχρονη χώνευση των αποβλήτων αποκλείοντας όμως το απόβλητο ελαιοτριβείου, λόγω του ότι έχει εκτεταμένα μελετηθεί κατά το παρελθόν.Κατά τη διάρκεια των πειραμάτων η θερμοκρασία στα συστήματα χώνευσης διατηρήθηκε στη θερμόφιλη φάση, λόγω της αυξημένης ταχύτητας αποδόμησης που προσφέρει στο εισερχόμενο οργανικό φορτίο, καθώς επίσης και επειδή επιτρέπει την αύξηση της οργανικής φόρτισης πριν την εμφάνιση φαινόμενων υπερφόρτωσης και αστοχίας.Από την παρούσα εργασία προέκυψαν τα ακόλουθα συμπεράσματα:•Με τη χρήση μίγματος αποβλήτου αγελάδων γαλακτοπαραγωγής, αποβλήτου πάχυνσης χοίρου και αποβλήτου πουλερικών ως αρχικό υπόστρωμα και φορέα αναερόβιων μικροοργανισμών είναι εφικτή η έναρξη συστημάτων χώνευσης τύπου “πλήρους ανάμειξης” υπό θερμόφιλες συνθήκες σε λιγότερο από 90 ημέρες, ξεκινώντας από μεσόφιλες συνθήκες και αυξάνοντας σταδιακά τη θερμοκρασία.•Τα δύο κτηνοτροφικά απόβλητα δύναται να αποδομηθούν υπό αναερόβιες συνθήκες χωρίς την προσθήκη εμβολίου.•Από τα απόβλητα που μελετήθηκαν αυτό του σφαγείου αποτελεί το καλύτερο υπόστρωμα όσον αφορά τις παραγόμενες ποσότητες μεθανίου ανά τόνο αποβλήτου. Ταυτόχρονα όμως μπορεί να προκαλέσει αναστολή της διεργασίας, ακόμα και σε μικρές οργανικές φορτίσεις, κυρίως λόγω των λιπών που περιέχει και της αμμωνίας που παράγεται κατά τη διάρκεια της χώνευσης των αζωτούχων ενώσεων.•Το απόβλητο ελαιοτριβείου αποτελεί ένα άριστο υπόστρωμα συγχώνευσης που ταυτόχρονα προκαλεί αύξηση της παραγόμενης ποσότητας μεθανίου, μείωση των συγκεντρώσεων της αμμωνίας, αλλά και έλεγχο του pH όταν αυτό επιθυμείται.•Το απόβλητο βρωσίμων ελιών προσφέρει μικρές ποσότητες μεθανίου, αλλά προσφέρει αραίωση στα μίγματα και στις εισερχόμενες ποσότητες οργανικού φορτίου ελέγχοντας παράλληλα τη σχέση άνθρακα/αζώτου.•Με τα κτηνοτροφικά απόβλητα ως αποκλειστικό υπόστρωμα οργανικές φορτίσεις άνω των 4 kg πτητικών στερεών ανά m3/d προκαλούν αύξηση στην ογκομετρική παραγωγή μεθανίου (l/l), αλλά μείωση στην παραγωγή ανά g πτητικών στερεών.•Η παραγωγή μεθανίου ανά m3 αποβλήτου σε συστήματα χώνευσης τύπου πλήρους ανάμειξης με τα κτηνοτροφικά απόβλητα ως κύρια συστατικά των μιγμάτων είναι δύσκολο να ξεπεράσει τα 30 m3.