Αύξηση της ενεργειακής απόδοσης των λυμάτων χοιροστασίου με την προσθήκη ζεόλιθου για παραγωγή βιοαερίου στο θερμόφιλο εύρος

Διδακτορική Διατριβή

ΘΩΜΑ Α. ΚΩΤΣΟΠΟΥΛΟΥ, Πτυχιούχου Γεωπόνου, ∆ιπλ. Πολιτικού Μηχανικού, MSc.Υπότροφου ΙΚΥ

ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ: Καθ. Γεράσιμος Μαρτζόπουλος

Στην παρούσα εργασία μελετήθηκε η επίδραση της προσθήκης διαφορετικών ποσοτήτων φυσικού ζεόλιθου στην αναερόβια αποικοδόμηση των λυμάτων χοιροστασίου. Ειδικότερα εξετάστηκε η επίδραση της προσθήκης ζεόλιθου στην αύξηση της ενεργειακής απόδοσης των λυμάτων (μεγαλύτερη ποσότητα μεθανίου, απόδοση της ενέργειας σε σύντομο χρονικό διάστημα).

Επιπλέον ερευνήθηκε η επίπτωση που είχε η εισαγωγή του ζεόλιθου στη μείωση της στερεάς ουσίας, στη μείωση των πτητικών στερεών και στη μείωση του BOD5 (περιβαλλοντικοί παράγοντες).

Έγιναν 2 προκαταρτικές μετρήσεις, οι οποίες αποτέλεσαν τον οδηγό για τον σχεδιασμό του κυρίως πειράματος. Η χρονική διάρκεια κάθε προκαταρτικής μέτρησης διήρκησε 30 ημέρες. Συγκεκριμένα τα αποτελέσματα των προμετρήσεων καθόρισαν τις ποσότητες του ζεόλιθου που χρησιμοποιήθηκαν στον κυρίως πειραματισμό καθώς και τη χρονική διάρκεια κάθε επανάληψης.

Οι δόσεις ζεόλιθου που χρησιμοποιήθηκαν στον κυρίως πειραματισμό ήταν 0, 4, 8, 12 g ζεόλιθου / l λυμάτων. Ο κυρίως πειραματισμός περιλάμβανε 5 χρονικές επαναλήψεις. Με βάση τα αποτελέσματα των προμετρήσεων, η χρονική διάρκεια κάθε επανάληψης ορίσθηκε στις 15 ημέρες. Σε κάθε χρονική επανάληψη το σχέδιο του πειράματος ήταν πλήρως τυχαιοποιημένο σχέδιο χωρίς ομάδες με ίσα δείγματα. Ο αριθμός των μεταχειρίσεων ήταν 4 και για κάθε μεταχείριση χρησιμοποιήθηκαν 2 δείγματα. Οι αντιδραστήρες που χρησιμοποιήθηκαν ήταν αντιδραστήρες εφάπαξ πλήρωσης (batch) με ανάδευση.

Κατά τη διάρκεια του πειράματος η θερμοκρασία διατηρήθηκε στους 55oC και ελήφθησαν μετρήσεις για τις ακόλουθες παραμέτρους: Το pH, το βιοχημικά απαιτούμενο οξυγόνο (BOD5), τα ολικά (TS) και πτητικά (VS) στερεά και το αμμωνιακό και το οργανικό άζωτο. Επίσης γινόταν καθημερινή μέτρηση της παραγόμενης ποσότητας του βιοαερίου. Μετρήσεις σχετικές με την ποιοτική σύνθεση του βιοαερίου γίνονταν στο τέλος κάθε επανάληψης.

Από την ερευνητική αυτή εργασία προέκυψαν τα ακόλουθα γενικά συμπεράσματα:

1. Επήλθε αύξηση της ενεργειακής απόδοσης των λυμάτων χοιροστασίου για την παραγωγή βιοαερίου στο θερμόφιλο εύρος με την προσθήκη ζεόλιθου. Στις μεταχειρίσεις που χρησιμοποιήθηκε ποσότητα ζεόλιθου 8 και 12 g ανά λίτρο λυμάτων, η αύξηση του βιοαερίου ήταν αντίστοιχα 65 και 49,8%, σε σχέση με τη μεταχείριση που δε χρησιμοποιήθηκε ζεόλιθος. Η παραγωγή του μεθανίου στη μεταχείριση που χρησιμοποιήθηκε ζεόλιθος 8g ανά λίτρο λυμάτων ανήλθε σε 306 λίτρα μεθανίου ανά κιλό πτητικών στερεών, στη μεταχείριση που χρησιμοποιήθηκε ζεόλιθος 12g ανήλθε σε 297 λίτρα μεθανίου ανά κιλό πτητικών στερεών, ενώ στη μεταχείριση χωρίς ζεόλιθο η παραγωγή μεθανίου ανήλθε μόλις σε 186 λίτρα μεθανίου ανά κιλό πτητικών στερεών. Η ενέργεια αποδιδόταν σε πιο σύντομο χρονικό διάστημα στις μεταχειρίσεις που χρησιμοποιήθηκε ζεόλιθος.

2. Η προσθήκη του ζεόλιθου μείωσε τα ολικά στερεά, σε στατιστικώς σημαντικό επίπεδο. Η μείωση ήταν τόση ώστε να επιτρέπει τα επεξεργασμένα λύματα να διατεθούν σε εδαφικούς αποδέκτες χωρίς άλλη επεξεργασία (Υπουργ. Απόφαση Υ1β/2000, Φ.Ε.Κ. 343/95).

3. Η μείωση του BOD5 ήταν ικανοποιητική, υπερβαίνοντας σε ορισμένες περιπτώσεις το 60%. Ωστόσο, οι τελικές συγκεντρώσεις του BOD5 παραμένουν αρκετά υψηλές για διάθεση των λυμάτων στους υδατικούς αποδέκτες αν και πλησιάζουν τα όρια, που θέτει η πολιτεία για τους εδαφικούς αποδέκτες (Υπουργ. Απόφαση Υ1β/2000, Φ.Ε.Κ. 343/95).

Τα παραπάνω αποτελέσματα προέκυψαν από την προσθήκη ζεόλιθου, ο οποίος φαίνεται ότι προσροφά την αμμωνία επιδρώντας τόσο στην τοξικότητα της αμμωνίας και στην αναλογία C/N όσο και στη διατήρηση της οξεοβασικής ισορροπίας (pH) των λυμάτων.