Ανάπτυξη συστήματος επεξεργασίας του οργανικού κλάσματος των οικιακών απορριμμάτων

Abstract

This Thesis introduces a new approach in household biowastemanagement and treatment through the hygienic and effectivedehydration of biowaste separated at source. A prototype householdwaste drying system was designed, constructed and operated in orderto perform this innovative research. The thesis is comprised of 6chapters the content of which is presented below.In chapters 1,2,3 the current Greek and EU legislative framework inregard to biowaste management is analyzed while a detailed recordingof the existing state of the art biowaste management technologies takesplace.In chapter 4, the methodology followed for the elaboration of thisresearch is analyzed while the design and the basic parts of theprototype waste dryer are detailed presented. The prototype wastedryer operated at lab scale in order to measure the time needed fordifferent masses to be fully dehydrated, the energy consumption andthe final product physical and chemical properties. Moreover, thesystem operated in selected households at a Municipality level in orderto evaluate its performance.In chapter 5, the results of the laboratory testing of the prototypehousehold waste drying unit are recorded and analyzed. The wastedryer operated under different temperatures and incoming waste massin order to evaluate its performance. Moreover, the results of the pilotscale operation of the technology in selected households of a GreekMunicipality are also presented.The laboratory scale operation results revealed that the mass reductionof the biowaste may reach 78 w/w while the volume reduction mayreach 59%. The operation temperature of the waste dryer was chosento be 80oC since at that temperature the drying process was observedto be more effective in terms of mass and volume reduction. The mean energy consumption of the system reached 1,4 kWh/kg at 800C whilethe waste drying technology preserves the carbohydrate content ofhousehold biowaste in order for it to be used as a substrate forlignocellulosic ethanol production.The pilot scale operation of the prototype waste dryer revealed that thepurity of the incoming biowaste may reach 99,9%w/w while the massreduction may reach 76% w/w. The energy consumption reached1,87ΚWh/Kgr while the final dry product has the potentials to be usedfor the production of energy through thermal treatment, methane andbioethanol.Finally in chapter 6 the main conclusions of the research are presented

Στα πλαίσια της παρούσας διατριβής, διερευνάται μια καινοτόμος προσέγγιση στο χώρο της διαχείρισης και επεξεργασίας των οικιακών βιοαποβλήτων μέσω της υγειονομικής και αποτελεσματικής αφαίρεσης της υγρασίας που αυτά περιέχουν. Ένα πρότυπο σύστημα οικιακής ξήρανσης, αναπτύχθηκε, σχεδιάστηκε, κατασκευάστηκε και λειτούργησε προκειμένου να πραγματοποιηθεί η εν λόγω έρευνα. Η διατριβή απαρτίζεται από 6 κεφάλαια το περιεχόμενο των οποίων περιγράφεται ακολούθως.Στα κεφάλαια 1,2,3 αναλύεται το νομοθετικό πλαίσιο που διέπει τη διαχείριση των βιοαποβλήτων σε Εθνικό και Ευρωπαϊκό επίπεδο ενώ πραγματοποιείται λεπτομερής αποτύπωση των υπαρχόντων τεχνολογιών διαχείρισης αυτών. Ιδιαίτερη έμφαση δίδεται στην τεχνολογία της ξήρανσης ως εναλλακτική μέθοδος για την αειφορική διαχείριση των οικιακών βιοαποβλήτων. Στο κεφάλαιο 4 της διατριβής, περιγράφεται η μεθοδολογία που ακολουθήθηκε για την πραγματοποίηση της έρευνας ενώ αναλύεται η μέθοδος σχεδιασμού του πρότυπου συστήματος οικιακής ξήρανσης καθώς και τα βασικά μέρη από τα οποία αυτό απαρτίζεται. Το σύστημα μελετήθηκε αρχικά σε επίπεδο εργαστηρίου όπου πραγματοποιήθηκαν δοκιμές ξήρανσης προκειμένου να προσδιοριστούν οι χρόνοι ξήρανσης διαφορετικής μάζας βιοαποβλήτων, η ενεργειακή κατανάλωση του συστήματος και οι ιδιότητες του τελικού ξηρού υλικού. Στη συνέχεια έγινε πιλοτική λειτουργία του συστήματος σε επίπεδο Δήμου όπου εγκαταστάθηκαν 20 συσκευές σε επιλεγμένες οικίες προκειμένου να αξιολογηθεί η τεχνική της οικιακής ξήρανσης σε πραγματικές συνθήκες.Στο κεφάλαιο 5 της έρευνας, παρουσιάζονται και αναλύονται τα αποτελέσματα των εργαστηριακών δοκιμών σου πρότυπου συστήματος οικιακής ξήρανσης το οποίο λειτούργησε κάτω από διαφορετικές συνθήκες θερμοκρασίας και εισερχόμενης μάζας. Επιπλέον,παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της πιλοτικής εφαρμογής της τεχνολογίας σε επιλεγμένες οικίες Δήμου της Αττικής.Η εργαστηριακή λειτουργία του συστήματος έδειξε ότι η μείωση της μάζας των βιοαποβλήτων μπορεί να φτάσει το 78 %κ.β. ενώ ο όγκος μπορεί να μειωθεί μέχρι και 59%. Η μέση ενεργειακή κατανάλωση του συστήματος διατηρείται στις 1,4 kWh/kg σε θερμοκρασία 80οC ενώ το σύστημα διατηρεί το περιεχόμενο των βιοαποβλήτων σε υδατάνθρακες προκειμένου αυτό να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή αιθανόλης δεύτερης γενιάς. Επιπλέον, ως θερμοκρασία λειτουργίας επιλέχθηκε αυτή των 80οC καθώς εκεί παρατηρήθηκαν τα βέλτιστα αποτελέσματα όσον αφορά τη μείωση μάζας και όγκου του υλικού σε συνδυασμό με την ενεργειακή κατανάλωση. Η πιλοτική εφαρμογή του συστήματος, έδειξε ότι η καθαρότητα του εισερχόμενου υλικού ανήλθε στο 99,9%κ.β. ενώ η μείωση της μάζας των οικιακών βιοαποβλήτων έφτασε το 76%κ.β. Η ενεργειακή κατανάλωση ανήλθε στις 1,87ΚWh/Kgr υλικού, ενώ το τελικό ξηρό υλικό δύναται να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή ενέργειας μέσω θερμικής επεξεργασίας, μεθανίου καθώς και βιοαιθανόλης. Τέλος, στο κεφάλαιο 6 παρουσιάζονται τα βασικότερα συμπεράσματα της έρευνας.