Βιώσιμη επεξεργασία και αξιοποίηση βιομηχανικών και αστικών υγρών αποβλήτων

Abstract

Η παραγωγή ελαιολάδου και η παραγωγή τυροκομικών προϊόντων αποτελούν δυο από τις κύριες οικονομικές δραστηριότητες στην Περιφέρεια Κρήτης, οι οποίες συνοδεύονται από την παραγωγή μεγάλων ποσοτήτων υγρών αποβλήτων. Στην παρούσα διατριβή έγινε η ολοκληρωμένη επεξεργασία των στραγγισμάτων ελαιοπυρήνα και του τυρογάλακτος, δυο υγρών αποβλήτων με υψηλό οργανικό ρυπαντικό φορτίο. Τα απόβλητα υπέστησαν επεξεργασία με τη διεργασία της αναερόβιας χώνευσης σε αντιδραστήρα τύπου UASB με σκοπό την παραγωγή βιοαερίου, το οποίο δυνητικά μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Για τη μείωση της τοξικότητας των αποβλήτων, έναντι των μεθανιογόνων μικροοργανισμών του αναερόβιου αντιδραστήρα, έγινε αραίωσή τους με πρωτογενές αστικό λύμα που προερχόταν από το βιολογικό καθαρισμό του Πολυτεχνείου Κρήτης. Η διεργασία της αναερόβιας χώνευσης ήταν αποτελεσματική ως προς την απομάκρυνση του COD των αποβλήτων, με μέση απομάκρυνση 55% και 89% για τα αραιωμένα στραγγίσματα του ελαιοπυρήνα και το αραιωμένο τυρόγαλα, αντίστοιχα. Όσον αφορά στην απόδοση της διεργασίας ως προς την παραγωγή βιοαερίου, αυτή δεν ήταν αρκετά αποτελεσματική μιας και η παραγωγή μεθανίου κυμάνθηκε σε μικρότερα επίπεδα από τη θεωρητική τιμή και στα δυο διαφορετικά μίγματα αποβλήτων. Η εκροή του αναερόβιου αντιδραστήρα υπέστη περαιτέρω επεξεργασία, για την απομάκρυνση του εναπομείναντος οργανικού φορτίου, με σκοπό την ασφαλή διάθεσή του στο περιβάλλον. Η επεξεργασία έγινε με εφαρμογή της ηλεκτροχημικής οξείδωσης με ηλεκτρόδια αδάμαντα εμπλουτισμένου με βόριο και τη διεργασία photo-Fenton. Η ηλεκτροχημική οξείδωση ήταν πολύ αποτελεσματική ως προς την απομάκρυνση του COD των αποβλήτων, ειδικά όταν έγινε χρήση του NaCl ως ηλεκτρολύτη. Εντούτοις, μετά την ηλεκτροχημική οξείδωση παρατηρήθηκε αύξηση της τοξικότητας των διαλυμάτων, η οποία οφείλεται στο σχηματισμό οργανοχλωριωμένων παραπροϊόντων κατά τη διάρκεια της ηλεκτροχημικής οξείδωσης του αποβλήτου. Από την άλλη, με τη διεργασία photo-Fenton τα ποσοστά απομάκρυνσης του COD κυμάνθηκαν σε μικρότερα επίπεδα από τα ποσοστά που επιτεύχθηκαν με την ηλεκτροχημική οξείδωση. Συγκεκριμένα, για τα αραιωμένα στραγγίσματα πυρήνα η μέγιστη απομάκρυνση COD ήταν 26% και για το αραιωμένο τυρόγαλα 35%. Παρασκευάστηκαν διάφοροι καταλύτες κατάλληλοι για την ξηρή αναμόρφωση του αερίου μίγματος που προσομοιάζει το βιοαέριο που παράγεται από την αναερόβια χώνευση των υγρών αποβλήτων. Στη συνέχεια έγινε η επιλογή του κατάλληλου καταλύτη για να χρησιμοποιηθεί ως ανοδικό ηλεκτρόδιο σε κυψελίδα καυσίμου με σκοπό την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Κατασκευάστηκε κυψελίδα καυσίμου στερεού ηλεκτρολύτη GDC (CeO2 ενισχυμένη με Gd2O3) που λειτούργησε σε θερμοκρασία 7500C. Το ανοδικό και καθοδικό ηλεκτρόδιο ήταν κεραμομεταλλικού τύπου με βάση το Ni ενισχυμένο με Ir (Ir-Ni/GDC) και περοβσκίτης τύπου LSM, αντίστοιχα. Η τροφοδοσία της κυψελίδας καυσίμου που μελετήθηκε ήταν μίγμα προσομοιωμένου βιοαερίου (CH4 και CO2) σε τρεις διαφορετικές συστάσεις: ισομοριακού, οξειδωτικού και αναγωγικού μίγματος βιοαερίου. Η ηλεκτροκαταλυτική μελέτη της κυψελίδας έδειξε ότι η κυψελίδα μπορεί να λειτουργήσει αποδοτικά παράγοντας ηλεκτρική ενέργεια σε τροφοδοσία βιοαερίου οποιασδήποτε ποιότητας, ενώ η λειτουργία της παρουσιάζει βέλτιστη συμπεριφορά στην περίπτωση της οξειδωτικής σύστασης βιοαερίου (CO2/CH4=1,8/1).