Επεξεργασία/αποχρωματισμός προσομοιωμένων και πραγματικών αποβλήτων βιομηχανίας μελάσας

Abstract

Fermentation industries such as ethanol distilleries and baker’s yeast factories use molasses as raw material and produce amounts of wastewater with high organic load. This wastewater is referred to as molasses wastewater. The disposal of molasses watewater in the environment is dangerous and has a high potential for pollution. The high COD, total nitrogen and the total phosphate content of the effluent can lead to eutrophication of aquatic recipients. Strongly colored components of molasses, known as melanoidins, reduce the penetration of sunlight into rivers, lakes or lagoons, which in turn reduces both photosynthetic activity and dissolved oxygen concentration that negatively impacts aquatic life. For the safe disposal of the molasses wastewater in the environment, it is necessary to process the waste prior to discharge. The wastewater used was: (a) simulated, which was prepared in laboratory as well as (b) untreated, (c) treated, which were real wastewater, obtained from a baker’s yeast industry wastewater treatment plant. The color content of the wastewater was measured in ADMI units. The methods used for decolorization of molasses wastewater were physicochemical: combined flocculation-flotation, adsorption and electrochemical oxidation as well as bio-electrochemical: Microbial Fuel Cell. Flocculation and coagulation are among the most important physicochemical processes that are widely used in water and wastewater treatment as well as in other production processes, while flotation is an alternative separation process for the removal of suspended matter, ions and colloidal systems from wastes. Adsorption on activated carbon was assessed as a technique capable of being applied both before and after conventional anaerobic-aerobic biological treatment while regeneration of the sorbent was attempted for use in successive adsorption cycles. electrochemical treatment has proven to be an excellent approach to environmental remediation, particularly with regard to the removal of the color content of waste. The Boron Doped Diamond electrode (BDD) has been an attractive option because of its ability to produce highly reactive hydroxyl radicals (OH) but also because of its high stability and high corrosion resistance. the microbial fuel cell (MFC) is a bio-electrochemical process that generates electricity through the oxidation of biodegradable organic matter, using microorganisms as catalysts. Organic degradation takes place at the anode and released electrons are led to the cathode chamber through an external circuit, where they reduce the electron acceptor. Consequently, the cathode chamber has a significant effect on electricity generation. In order to increase the kinetic reduction in the cathode chamber and the overall performance of MFC, various alternative electron acceptors were investigated such as FeCl3, KMnO4, K2Cr2O7 and oxygen, which is the most common electron acceptor for microbial fuel cells due to the low cost, high redox potential and its availability in the environment. The treatment was carried out in a two-chamber microbial fuel cell

Βιομηχανίες ζύμωσης όπως τα αποστακτήρια αιθανόλης και οι μονάδες παραγωγής ζύμης αρτοποιίας που χρησιμοποιούν ως πρώτη ύλη την μελάσα παράγουν υγρά απόβλητα υψηλής βιολογικής απαίτησης σε οξυγόνο. Τα απόβλητα αυτά αναφέρονται ως υγρά απόβλητα μελάσας. Η διάθεση υγρών αποβλήτων μελάσας στο περιβάλλον είναι επικίνδυνη και έχει υψηλό δυναμικό ρύπανσης. Το υψηλό COD, ολικό άζωτο και η συνολική περιεκτικότητα φωσφορικών της εκροής μπορεί να οδηγήσει σε ευτροφισμό των υδάτινων αποδεκτών. Τα έντονα χρωματισμένα συστατικά των υγρών αποβλήτων μελάσας, γνωστά ως μελανοϊδίνες, μειώνουν τη διείσδυση του ηλιακού φωτός σε ποτάμια, λίμνες ή λιμνοθάλασσες η οποία με τη σειρά της μειώνει τόσο την φωτοσυνθετική δραστηριότητα όσο και τη συγκέντρωση διαλυμένου οξυγόνου που επηρεάζει αρνητικά την υδρόβια ζωή. Για την ασφαλή διάθεση τέτοιων υγρών αποβλήτων στο περιβάλλον απαιτείται η επεξεργασία τους πριν την εκροή. Τα απόβλητα που χρησιμοποιήθηκαν ήταν: (α) το προσομοιωμένο, το οποίο παρασκευάστηκε εργαστηριακά καθώς και (β) ανεπεξέργαστο, (γ) επεξεργασμένο τα οποία ήταν πραγματικά απόβλητα τα οποία ελήφθησαν από μονάδα επεξεργασίας υγρών αποβλήτων βιομηχανίας ζύμης αρτοποιίας. Το χρωματικό περιεχόμενο των υγρών αποβλήτων μετρήθηκε σε μονάδες ADMI. Οι μέθοδοι που χρησιμοποιήθηκαν για τον αποχρωματισμό των υγρών αποβλήτων μελάσας ήταν φυσικοχημικές: συνδυασμένη κροκίδωση-επίπλευση, προσρόφηση και ηλεκτροχημική οξείδωση καθώς και βιο-ηλεκτροχημικές: Μικροβιακή Κυψέλη Καυσίμου. Η κροκίδωση και η συσσωμάτωση είναι από τις σημαντικότερες φυσικοχημικές διεργασίες που βρίσκουν ευρύτατη εφαρμογή στην επεξεργασία του νερού και των υγρών αποβλήτων, καθώς και σε άλλες παραγωγικές διαδικασίες ενώ η επίπλευση είναι μια εναλλακτική διαδικασία διαχωρισμού για την απομάκρυνση αιωρούμενης ύλης, ιόντων και κολλοειδών συστημάτων από υγρά απόβλητα. Η προσρόφηση σε ενεργό άνθρακα αξιολογήθηκε ως τεχνική ικανή να εφαρμοστεί και πριν αλλά και μετά της συμβατικής αναερόβιας-αερόβιας βιολογικής επεξεργασίας ενώ επιχειρήθηκε και η αναγέννηση του ροφητικού υλικού προκειμένου να χρησιμοποιηθεί σε διαδοχικούς κύκλους προσρόφησης. H ηλεκτροχημική οξείδωση μπορεί να αποτελέσει μια εξαιρετική προσέγγιση περιβαλλοντικής αποκατάστασης ιδιαίτερα όσον αφορά στην απομάκρυνση του χρωματικού περιεχομένου των υγρών αποβλήτων μελάσας. Το ηλεκτρόδιο αδάμαντα εμπλουτισμένο με βόριο (BDD) αποτέλεσε ελκυστική επιλογή λόγω της ικανότητάς του να παράγει πολύ δραστικές ρίζες υδροξυλίου (OH) αλλά και λόγω της υψηλής σταθερότητας και μεγάλης αντοχής στη διάβρωση. Τέλος, η μικροβιακή κυψέλη καυσίμου (MFC) αποτελεί μια βιο-ηλεκτροχημική διαδικασία που παράγει ηλεκτρικό ρεύμα μέσω της οξείδωσης βιοαποικοδομήσιμης οργανικής ύλης, χρησιμοποιώντας μικροοργανισμούς ως καταλύτες. Η οξείδωση των οργανικών ρύπων λαμβάνει χώρα στην άνοδο και τα ηλεκτρόνια που απελευθερώνονται οδηγούνται στον θάλαμο καθόδου, μέσω ενός εξωτερικού κυκλώματος, όπου ανάγουν τον αποδέκτη ηλεκτρονίων. Συνεπώς, η κάθοδος επιδρά σημαντικά στην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Προκειμένου να αυξηθεί η κινητική αναγωγής στον θάλαμο καθόδου και η συνολική απόδοση της MFC ερευνήθηκαν διάφοροι δέκτες ηλεκτρονίων όπως τα FeCl3, KMnO4, K2Cr2O7 και το οξυγόνο το οποίο αποτελεί τον πιο κοινό αποδέκτη ηλεκτρονίων για τις μικροβιακές κυψέλες καυσίμου λόγω του χαμηλού κόστους, του υψηλού οξειδοαναγωγικού δυναμικού και της διαθεσιμότητάς του στο περιβάλλον. Η επεξεργασία πραγματοποιήθηκε σε πρότυπη κυψέλη δύο θαλάμων.