Εφαρμογές προηγμένων τεχνολογιών επεξεργασίας υγρών αποβλήτων Πέτρος Σαμαράς Καθηγητής ΑΤΕΙ Θεσσαλονίκης ΠΕΓΑ Σύγχρονες Τεχνολογίες Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας.

Παρουσίαση με θέμα: "Εφαρμογές προηγμένων τεχνολογιών επεξεργασίας υγρών αποβλήτων Πέτρος Σαμαράς Καθηγητής ΑΤΕΙ Θεσσαλονίκης ΠΕΓΑ Σύγχρονες Τεχνολογίες Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Εφαρμογές προηγμένων τεχνολογιών επεξεργασίας υγρών αποβλήτων Πέτρος Σαμαράς Καθηγητής ΑΤΕΙ Θεσσαλονίκης ΠΕΓΑ Σύγχρονες Τεχνολογίες Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας και ΑντιρρύπανσηςΛάρισα, Ιούλιος 2015 ΤΜΗΜΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΤΡΟΦΙΜΩΝ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΓΕΩΠΟΝΙΑΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΤΡΟΦΙΜΩΝ ΚΑΙ ΔΙΑΤΡΟΦΗΣ

2 Προηγμένες Διεργασίες Οξείδωσης Προηγμένες Διεργασίες Οξείδωσης (Advanced Oxidation Processes, AOPs): Χημικές οξειδωτικές τεχνικές για την επεξεργασία νερού και υγρών αποβλήτων (αστικών και βιομηχανικών). Καταστροφή οργανικών ή ανόργανων ρύπων. Αδρανοποίηση παθογόνων μικρο- οργανισμών.

3 Οξείδωση Ανόργανες ενώσεις: αποβολή ηλεκτρονίων και μετάβαση σε υψηλότερη βαθμίδα οξείδωσης:  Οργανικές ενώσεις: ένωση με Ο 2 και μετατροπή της σε ανόργανα προϊόντα. Ανοργανοποίηση (mineralization)

4 Τα οξειδωτικά προκαλούν οξείδωση Χημικό είδοςΔυναμικό οξείδωσης (volt) Φθόριο, F 2 3,053 Ρίζες υδροξυλίου HO 2,80 Όζον, Ο 3 2,076 Υπεροξείδιο του υδρογόνου, Η 2 Ο 2 1,776 Ρίζες υπεροξειδίου HO 2 1,70 Υπερμαγγανικά ιόντα, MnO 4 - 1,507 Υποχλωριώδες οξύ, HClO1,482 Χλώριο, Cl 2 1,36 Οξυγόνο, O 2 1,229

5 Κοινό χαρακτηριστικό των ΠΔΟ Διαμεσολάβηση ισχυρών οξυγονούχων οξειδωτικών χημικών ειδών (Reactive Oxygen Species, ROS) στο μηχανισμό οξείδωσης. Ελεύθερες ρίζες: – υδροξυλίου (hydroxyl radicals), ΗΟ – υπεροξειδίου (superoxide) O 2 - – υπερυδροξυλίου (perhydroxyl radicals) HO 2

6 Ελεύθερες ρίζες Προκύπτουν συνήθως από την ομολυτική σχάση ενός ομοιοπολικού δεσμού

7 Ελεύθερες ρίζες υδροξυλίου ΗΟ Ισχυρό οξειδωτικό (δυναμικό οξείδ. 2,8 V) Βραχύβιο ενδιάμεσο (χρόνος ζωής 100 μs) Παρουσιάζει: – μεγάλη δραστικότητα – μικρή εκλεκτικότητα Έχει ηλεκτρονιόφιλο χαρακτήρα (χάσμα οκτάδας)

8 Σταθερές ταχύτητας αντίδρασης Οργανική ένωση Σταθερά ταχύτητας αντίδρασης Ο3Ο3 ΗΟ Βενζόλιο27,8 × 10 9 Τολουόλιο147,8 × 10 9 Χλωροβενζόλιο0,754 × 10 9 Τριχλωροαιθυλένιο174 × 10 9 Τετραχλωροαιθυλένιο <0,11,7 × 10 9 n-Βουτανόλη0,60,64,6 × 10 9 t-Βουτανόλη0,030,4 × 10 9

9 Αντιδράσεις ριζών υδροξυλίου Απόσπαση ατόμου υδρογόνου  Προσθήκη σε διπλούς δεσμούς  Μεταφορά ηλεκτρονίου

10 Αλυσιδωτές αντιδράσεις ελευθέρων ριζών 1. Έναρξη Χ 2 → 2Χ 2. Διάδοση Χ + RH → R + HX X 2 + R → RX + X 3. Τερματισμός Χ + Χ → Χ 2 R + Χ → RX R + R → R 2

11 Γιατί αναπτύχθηκαν οι ΠΔΟ; 1.Καταστροφή οργανικών μικρο-ρύπων στο νερό και στα υγρά απόβλητα (π.χ. υπολείμματα φυτοφαρμάκων, φαρμακευτικές ενώσεις). 2.Επεξεργασία βιομηχανικών αποβλήτων τα οποία περιέχουν μη βιο-διασπώμενες οργανικές ενώσεις (π.χ. απόβλητα ελαιοτριβείων, βαφείων, χαρτοβιομηχανίας, φαρμακοβιομηχανίας, διυλιστηρίων).

12 3.Για την αδρανοποίηση παθογόνων μικρο- οργανισμών με χρήση εναλλακτικών απολυμαντικών μέσων εκτός του χλωρίου. 4.Για την οξείδωση ή αναγωγή τοξικών βαρέων μετάλλων ή μεταλλοειδών σε λιγότερο τοξικά ιόντα [π.χ. Cr(VI) → Cr(III), As(III) → As(V)].

13 Υγρή Οξείδωση

14 Υγρή Οξείδωση (YO) Θερμική διεργασία. Οξείδωση οργανικών και ανόργανων ενώσεων σε υδατική φάση σε θερμοκρασίες 100-320  C και πιέσεις 5-200 bar. Οξειδωτικό: Αέρας ή Ο 2 Προσθήκη Η 2 Ο 2 ως επιπλέον οξειδωτικού

15 Τυπικό Διάγραμμα Ροής Μονάδας ΥΟ Αέρας ή Ο 2 και συμπιεστής Στήλη φυσαλίδων Αντλία υψηλής πίεσης Προς διαχωριστή & ανάκτηση ενέργειας Εναλλάκτης Απόβλητο

16 Wet Air Oxidation (WAO), Wet Oxidation (WO, WetOx) ή Hydrothermal Treatment Εμπορική εφαρμογή πάνω από 50 χρόνια Πάνω από 100 μονάδες λειτουργούν παγκοσμίως

17 Εφαρμογές ΥΟ σε βιομηχανικά απόβλητα Κατηγορίες Αποβλήτων: Όλα (ή σχεδόν όλα!) Οργανικό Φορτίο: 10-100 g/L COD Συνθήκες: 180-320  C, 20-150 bar, 0.5-2 h Εφαρμογές: Ανοργανοποίηση ή Προ- επεξεργασία Έρευνα – Εφαρμογές: Ευρώπη>Ιαπωνία>Αμερική

18 Συνθήκες επεξεργασίας Υψηλές θερμοκρασίες → ευνοούν υψηλούς ρυθμούς οξείδωσης της οργανικής ύλης σε ενδιάμεσα παραπροϊόντα και τελικά σε CO 2, H 2 O και ανόργανα ιόντα. Υψηλές πιέσεις → απαιτούνται τόσο για τη διατήρηση της υγρής φάσης όσο και για την αύξηση της διαλυτότητας του οξυγόνου.

19 Απόδοση Απόδοση: Απομάκρυνση COD ≤ 90%. Το υπολειπόμενο οργανικό φορτίο αποτελείται κυρίως από σταθερά, μικρού μοριακού βάρους οργανικά οξέα: HCOOH, CH 3 COOH, CH 3 CH 2 COOH. Βασικό πλεονέκτημα ΥΟ: δεν προκαλεί αέρια ρύπανση, καθώς η αέρια φάση αποτελείται κυρίως από την περίσσεια Ο 2 και CO 2.

20 Κατηγορίες αποβλήτων Αγροβιομηχανικά Ελαιοτριβεία, Κατεργασία Βρώσιμης Ελιάς Χαρτί – Ξυλεία Λεύκανση πολτού, λιγνίνη Κλωστοϋφαντουργεία Χρωστικές (π.χ. αζωχρώματα) Φαρμακοβιομηχανίες Τασενεργά, πολυμερή, αλογονωμένα οργανικά Χημικές Βιομηχανίες

21 Παραλλαγές της Τεχνολογίας Καταλυτική Υγρή Οξείδωση (Catalytic Wet Air Oxidation - CWAO) Οξείδωση σε υπερ-κρίσιμες συνθήκες (Supercritical Wet Oxidation - SCWAO) Σύζευξη με Fenton (Wet Peroxide - WPO)

22 Καταλυτική Υγρή Οξείδωση Τα βασικά πλεονεκτήματα της χρήσης καταλυτών στην επεξεργασία είναι: αύξηση της ταχύτητας αντίδρασης εφαρμογή ηπιότερων συνθηκών λειτουργίας εκλεκτικότητα σε συγκεκριμένους ρύπους – αλλαγή των μηχανισμών της αντίδρασης.

23 Ομογενείς Καταλύτες Ιόντα χαλκού (Cu 2+ ), σιδήρου (Fe 2+ ) και μαγγανίου (Mn 2+ ). Πλεονεκτήματα: Χαμηλό κόστος, δεν υπάρχουν προβλήματα μεταφοράς μάζας. Μειονέκτημα: απαιτείται η απομάκρυνσή των καταλυτών (ιόντων μετάλλων) από το επεξεργασμένο απόβλητο πριν την τελική διάθεση σε κάποιον αποδέκτη ή περαιτέρω βιολογική επεξεργασία.

24 Οι καταλύτες είναι τοξικοί στις συγκεντρώσεις που χρησιμοποιούνται. Απαιτείται μία επιπλέον διεργασία διαχωρισμού αυξάνοντας έτσι το κόστος επεξεργασίας.

25 Ετερογενείς Καταλύτες Οξείδια μετάλλων (Cu, Fe, Co, Mn, Zn, Ni) Μίγματα οξειδίων μετάλλων συνήθως σε κάποιο υπόστρωμα (π.χ. αλουμίνα, άνθρακας) όπως Cu-Co-Zn, Cu-Zn, Co-Bi, Co-Ce, Mn-Zn-Cr Ευγενή μέταλλα (Pt, Pd, Ru)

26 Πλεονεκτήματα-Μειονεκτήματα Πλεονέκτημα: Διαχωρισμός καταλύτη εύκολος. Μειονεκτήματα: κόστος (ιδιαίτερα για τα ευγενή μέταλλα) σταθερότητα του καταλύτη (οξείδια του χαλκού, του σιδήρου ή του ψευδαργύρου διαλύονται εύκολα σε όξινο περιβάλλον, ενώ η αλουμίνα διαλύεται σε αλκαλικό περιβάλλον). αντιστάσεις στην μεταφορά μάζας

27 Οξείδωση σε υπερ-κρίσιμες συνθήκες T > 374  C & P > 221 bar (κρίσιμο σημείο H 2 O) Απόδοση > 99.9% σε min επεξεργασίας Αλλά… Πολλά προβλήματα Ειδικά υλικά κατασκευής => Κόστος Υψηλοί ρυθμοί διάβρωσης από οξέα (S, P, X) Επικάθιση αλάτων (salt plugging)

28 Αντιδραστήρες Υγρής Οξείδωσης Τύποι Αντιδραστήρα: Στήλες Φυσαλίδων (Bubble Column) Ιλύος (Slurry) με Καλάθι Καταλύτη (Catalyst Basket) Σταθεροποιημένης Κλίνης (Fixed Bed) Διαβρεχόμενης Κλίνης (Trickle Bed) Τρόπος Λειτουργίας: Συνεχής Ημι-Συνεχής (συνεχής ως προς την αέρια φάση)

29 Απαιτούμενος εξοπλισμός αντλία υψηλής πίεσης για την τροφοδοσία του αποβλήτου, εναλλάκτης θερμότητας, συμπιεστής και αντιδραστήρας

30 Το απόβλητο (που συνήθως έχει προθερμανθεί) θερμαίνεται στην θερμοκρασία λειτουργίας και εισάγεται από τον πυθμένα του αντιδραστήρα. Κατ’ ομορροή εισάγεται αέρας ή οξυγόνο υπό μορφή φυσαλίδων (συνηθέστερος τύπος αντιδραστήρα). Το επεξεργασμένο απόβλητο οδηγείται σε διαχωριστή για το διαχωρισμό της υγρής φάσης από την αέρια (π.χ. N 2, O 2, CO 2 ).

31 Τυπικό Διάγραμμα Ροής Μονάδας ΥΟ

32 Κόστος επεξεργασίας Κόστος Εξοπλισμού Ειδικά υλικά κατασκευής Αντλία υψηλής πίεσης Κόστος Λειτουργίας Πίεση Αέρας ή Ο 2 => ? (μάλλον Ο 2 ) Ανάκτηση ενέργειας => ΝΑΙ για φορτίο >20 g/L COD

33 33 Άλλες Εφαρμογές Επεξεργασία ιλύος που παράγεται στις μονάδες βιολογικής επεξεργασίας αποβλήτων και λυμάτων. Τυπικές συνθήκες : 150-200  C >50% μονάδων ΥΟ Διάνοιξη κροκίδων, αποστείρωση, μερική απομάκρυνση COD (<15%) Αναγέννηση Ενεργού Άνθρακα Ταυτόχρονη καταστροφή ρύπων

34 Οζονισμός

35 Όζον, Ο 3 Το όζον είναι μια αλλοτροπική μορφή του οξυγόνου με χημικό τύπο Ο 3. Στην αέρια μορφή έχει μπλε χρώμα, στην υγρή μαύρο-μπλε και στη στερεά μαύρο. Το σημείο ζέσης του είναι -111,5 °C και το σημείο τήξης του -192,5 °C. Είναι 1,6 φορές βαρύτερο από τον αέρα, οπότε σε περιπτώσεις διαρροής όζοντος αυτό συγκεντρώνεται σε χαμηλά σημεία.

36 Μηχανισμός δράσης Ο 3 Άμεση οξείδωση: Το Ο 3 οξειδώνει απευθείας τις οργανικές και ανόργανες ενώσεις. Έμμεση οξείδωση: σχηματισμός ριζών υδροξυλίου σε αλκαλικό pH. Οξείδωση των οργανικών και ανόργανων ενώσεων από τις ρίζες υδροξυλίου.

37 Παραγωγή όζοντος ΜέθοδοςΑρχή λειτουργίαςΠηγή όζοντοςΠαρατηρήσεις Ηλεκτρική Ηλεκτρική εκκένωση Αέρας ή Ο 2 (αέριο ή υγρό) Πειραματική και μεγάλης κλίμακας χρήση ΗλεκτροχημικήΗλεκτρόλυσηΎδωρ Πειραματική και μικρής βιομηχανικής κλίμακας χρήση Φωτοχημική (λ< 185nm) Ακτινοβολία Πόσιμο νερό ή Ο 2 Νέα τεχνολογία σε κάθε κλίμακα ΡαδιενέργειαΑκτίνες Χ ή γ Ύδωρ (υπερκαθαρό) Πειραματική χρήση ΘερμικήΙονισμόςΝερό Πειραματική χρήση

38 Σχηματική παράσταση παραγωγής όζοντος

39 Χρήσεις Ο 3 Το Ο 3 χρησιμοποιείται για: 1.Απολύμανση 2.Οξείδωση Fe 2+ και Mn 2+ 3.Οξείδωση Η 2 S και σουλφιδίων 4.Οξείδωση ενώσεων που προκαλούν οσμές και γεύσεις στο νερό 5.Οξείδωση μικρο-ρυπαντών 6.Απομάκρυνση χρώματος

40 UV/H 2 O 2 Φωτόλυση υπεροξειδίου του υδρογόνου, H 2 O 2, και σχηματισμός ελευθέρων ριζών υδροξυλίου ΗΟ Η 2 Ο 2 + hν (λ< 300 nm) → ΗΟ + ΗΟ

41 Αντιδράσεις μεταξύ Η 2 Ο 2 και ΗΟ ΗΟ + Η 2 Ο 2 → ΗΟ 2 + Η 2 Ο ΗΟ 2 + Η 2 Ο 2 → ΗΟ + Η 2 Ο + Ο 2 ΗΟ 2 + ΗΟ 2 → Η 2 Ο 2 + Ο 2

42 UV/H 2 O 2 /O 3 Παρατηρείται συνέργεια μεταξύ υπεριώδους ακτινοβολίας, υπεροξειδίου του υδρογόνου και όζοντος για την παραγωγή ελευθέρων ριζών υδροξυλίου. Φωτόλυση του όζοντος, Ο 3 : H 2 O + O 3 + hν (254 nm) → H 2 O 2 + O 2 Φωτόλυση του Η 2 Ο 2 : Η 2 Ο 2 + hν (λ< 300 nm) → ΗΟ + ΗΟ

43 Συνέργεια μεταξύ Η 2 Ο 2 και Ο 3 Το υπεροξείδιο του υδρογόνου επιταχύνει την διάσπαση του όζοντος σε ελεύθερες ρίζες υδροξυλίου: 2O 3 + H 2 O 2 → 2HO + 3O 2 Σχηματισμός μεγαλύτερου αριθμού ελευθέρων ριζών υδροξυλίου

44 Αντιδραστήρες UV/H 2 O 2 /O 3

45 Διάσπαση οργανικών ενώσεων με UV/H 2 O 2 αρωματικές ενώσεις (βενζόλιο, τολουόλιο) χλωριωμένες αλειφατικές και αρωματικές ενώσεις (τριχλωρο-αιθυλένιο, χλωροβενζόλιο). φαινόλες και χλωριωμένες φαινόλες νιτρο-αρωματικές ενώσεις (νιτρο-βενζόλιο, νιτρο- τολουόλιο, δινιτρο-τολουόλιο) Διαταρακτές της ενδοκρινικής δράσης (endocrine disrupting compounds EDCs) φυτοφάρμακα

46 Εφαρμογές στην επεξεργασία νερού Μελέτες απομάκρυνσης φυσικών οργανικών ενώσεων (natural organic matter, NOM, χουμικά οξέα) από πόσιμο νερό με τη χρήση UV/H 2 O 2. Παρατηρήθηκε μείωση της τοξικότητας κατά την επεξεργασία. Η παρουσία ανθρακικών ιόντων (CO 3 2- και HCO 3 - ) μειώνει την απόδοση της διεργασίας.

47 Εφαρμογές στην επεξεργασία αποβλήτων Απόβλητα κλωστοϋφαντουργείων: αποχρωματισμός, απομάκρυνση της τοξικότητας, βελτίωση της βιο-διάσπασης. Υψηλή απομάκρυνση COD, μικροί χρόνοι αντίδρασης. Απόβλητα χαρτοβιομηχανιών Απόβλητα ελαιοτριβείων, κατεργασίας ελιάς και διαλυμάτων φαινολικών ενώσεων. Βελτίωση αναερόβιας βιολογικής επεξεργασίας.

48 Οξείδωση Fenton και φωτο-Fenton Υπάρχουν πολλές παραλλαγές των μεθόδων. Σε όλες τις περιπτώσεις απαιτείται η παρουσία ιόντων σιδήρου (Fe 2+ ή Fe 3+ ), Η 2 Ο 2 και ακτινοβολίας στην περίπτωση της οξείδωσης φωτο-Fenton. Χωρίζονται σε ομογενείς και ετερογενείς διεργασίες.

49 Εφαρμογές Επεξεργασία αποβλήτων: κλωστοϋφαντουργείων χαρτοβιομηχανιών φυτοφαρμάκων διασταλαγμάτων ΧΥΤΑ (landfill leachates) Επεξεργασία υπογείων υδάτων και αποκατάσταση εδαφών

50 Ετερογενής φωτοκατάλυση Η ετερογενής φωτοκατάλυση λαμβάνει χώρα σε υδατικά αιωρήματα ημιαγωγών (ΤiΟ 2, ZnO, WO3, CdS) παρουσία ακτινοβολίας (υπεριώδους ή ορατής). Έχει χρησιμοποιηθεί για την οξείδωση οργανικών και ανόργανων ρύπων καθώς και την αδρανοποίηση μικροοργανισμών.

51 Μηχανισμός φωτοκατάλυσης Aκτινοβόληση υδατικού αιωρήματος ενός ημιαγωγού (συνήθως οξειδίου του τιτανίου, TiO 2 ) με ακτινοβολία με ενέργεια μεγαλύτερη ή ίση από τo ενεργειακό χάσμα E g Διέγερση των ηλεκτρονίων και μετάβασή τους από τη ζώνη σθένους (valence band) στη ζώνη αγωγιμότητας (conduction band) του ημιαγωγού.

52 Πλεονεκτήματα της φωτοκατάλυσης Ως πηγή φωτός μπορεί να χρησιμοποιηθεί η ηλιακή ακτινοβολία (περιέχει 5-7% UV-A ακτινοβολία). Απαιτούνται ήπιες συνθήκες λειτουργίας. Το TiO 2 είναι σχετικά φθηνό, εμπορικά διαθέσιμο σε διάφορες κρυσταλλικές μορφές και με διάφορα σωματιδιακά χαρακτηριστικά, μη τοξικό και φωτοχημικά σταθερό.

53 Πηγές ακτινοβολίας Το TiO2 απορροφά στην UV-A περιοχή (300<λ<400 nm). Ως πηγές ακτινοβολίας μπορούν να χρησιμοποιηθούν: λάμπες υδραργύρου χαμηλής ή μεσαίας πίεσης λάμπες ξένου λάμπες φθορισμού οι οποίες εκπέμπουν στην UV-A περιοχή

54 Φωτοκαταλυτικοί αντιδραστήρες Κατά το σχεδιασμό των φωτοκαταλυτικών αντιδραστήρων πρέπει να βρεθεί η βέλτιστη διάταξη για τον χειρισμό: a.του διαλύματος αντίδρασης b.της συνεχούς παροχής οξυγόνου c.του στερεού φωτοκαταλύτη d.της πηγής ακτινοβολίας Τα παραπάνω απαιτούν προσεκτικό σχεδιασμό του αντιδραστήρα.

55 Είδη αντιδραστήρων Δύο είναι τα κύρια είδη φωτοχημικών αντιδραστήρων: διαλείποντος έργου (batch) συνεχούς ροής (continuous flow)

56 Είδη χημικών αντιδραστήρων

57 Φωτοχημικοί αντιδραστήρες

58 Ο καταλύτης μπορεί να βρίσκεται: a.σε αιώρημα (slurry): πιο δραστικός αλλά μετά το τέλος της αντίδρασης απαιτείται διαχωρισμός του από το μίγμα της αντίδρασης b.ακινητοποιημένος (immobilized or fixed bed) σε στερεό υπόστρωμα: δεν χρειάζεται διαχωρισμό αλλά εμφανίζει μικρότερη δραστικότητα

59 Εφαρμογές της φωτοκατάλυσης 1.Οξείδωση και καταστροφή οργανικών ρύπων. 2.Οξείδωση ή αναγωγή ανόργανων ρύπων και μετατροπή τους σε αβλαβή ή λιγότερο βλαβερά ιόντα. 3.Αδρανοποίηση παθογόνων μικροοργανισμών (φωτοκαταλυτική απολύμανση).

60 Εφαρμογές προηγμένων τεχνικών οξείδωσης σε συνδυασμό με βιολογικές διεργασίες

61 Παραγωγή αποβλήτων με υψηλή περιεκτικότητα σε μελάσα

62  Υψηλό υδραυλικό φορτίο (13-15 L ανά L αιθανόλης).  Μεγάλη περιεκτικότητα σε οργανικά, μαύρο-καφέ χρώμα, pH 4-8 και COD 50-100 g/L.  Ανάγκη για αποτελεσματική επεξεργασία χαμηλού κόστους.  Υψηλή περιεκτικότητα σε δύσκολα βιοαποδομήσιμες ουσίες (μελανοϊδίνες). Παραγωγή αποβλήτων με υψηλή περιεκτικότητα σε μελάσα

63 Τυπικό σύστημα επεξεργασίας περιλαμβάνει συνδυασμό αναερόβιας και αερόβιας επεξεργασίας.  Μείωση COD, BOD  Μη αποτελεσματική για την απομάκρυνση μελανοϊδινών (6- 7%) ΣΤΟΧΟΣ: ΒΕΛΤΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ ΑΕΡΟΒΙΑΣ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ

64 Ολοκληρωμένη αναερόβια επεξεργασία Η αναερόβια επεξεργασία είναι μια βιολογική διεργασία, κατά την οποία οι σύνθετες οργανικές ουσίες που υπάρχουν στα απόβλητα, διασπώνται σε άλλες, απλούστερης μορφής, απουσία οξυγόνου, με τη βοήθεια αναερόβιων βακτηρίων. Το τελικό προϊόν της διαδικασίας αυτής είναι το μεθάνιο και το διοξείδιο του άνθρακα. Επίσης παράγονται σε μικρές ποσότητες άζωτο, αμμωνία, υδρογόνο και υδρόθειο. Οι κυριότεροι παράγοντες που επηρεάζουν τη βιοαποικοδόμηση είναι η θερμοκρασία, το pH, η αναλογία C/N, τα θρεπτικά στοιχεία κ.α.

65 Η αναερόβια επεξεργασία είναι μια βιολογική διεργασία, κατά την οποία οι σύνθετες οργανικές ουσίες που υπάρχουν στα απόβλητα, διασπώνται σε άλλες, απλούστερης μορφής, απουσία οξυγόνου, με τη βοήθεια αναερόβιων βακτηρίων. Το τελικό προϊόν της διαδικασίας αυτής είναι το μεθάνιο και το διοξείδιο του άνθρακα. Επίσης παράγονται σε μικρές ποσότητες άζωτο, αμμωνία, υδρογόνο και υδρόθειο. Οι κυριότεροι παράγοντες που επηρεάζουν τη βιοαποικοδόμηση είναι η θερμοκρασία, το pH, η αναλογία C/N, τα θρεπτικά στοιχεία κ.α. Ολοκληρωμένη αναερόβια επεξεργασία

66 Ζώνες θερμοκρασίας αναερόβιας επεξεργασίας Η αναερόβια επεξεργασία έχει χωριστεί σε τρεις διαφορετικές ζώνες σχετικά με την θερμοκρασία: 1.Την ψυχρόφιλη περιοχή με θερμοκρασίες κάτω από τους 20 ◦ C 2.Τη μεσόφιλη περιοχή με θερμοκρασίες μεταξύ 20 - 45 ◦ C. 3.Τη θερμόφιλη περιοχή με θερμοκρασίες πάνω από 45 - 60 ◦ C Ο ρυθμός ανάπτυξης των βακτηρίων συνήθως αυξάνεται με αύξηση της θερμοκρασίας έως κάποιο όριο. Όταν η θερμοκρασία προσεγγίσει το ανώτερο όριο μέσα στο οποίο ζουν τα βακτήρια, υπάρχει γρήγορη μείωση του ρυθμού ανάπτυξης τους. Η πιο συνηθισμένη περιοχή στην αναερόβια επεξεργασία των αποβλήτων είναι η μεσόφιλη και συγκεκριμένα οι 37 ◦ C. Στη θερμοκρασία αυτή η απόδοση των αναερόβιων αντιδραστήρων είναι υψηλή και η διατήρησή της είναι σχετικά εύκολη.

67 Στάδια της αναερόβιας επεξεργασίας Υδρόλυση, όπου οι σύνθετες οργανικές ουσίες όπως πρωτεΐνες, πολυσακχαρίτες και λιπίδια υδρολύονται και μετατρέπονται σε απλούστερες διαλυτές ουσίες, αμινοξέα, σάκχαρα και λιπαρά οξέα. Παραγωγή οξέων, όπου τα προϊόντα της υδρόλυσης διασπώνται σε πτητικά λιπαρά οξέα και κυρίως σε οξικό οξύ. Κατά το στάδιο αυτό το pH των λυμάτων μειώνεται αισθητά. Μεθανογένεση, όπου το οξικό οξύ καταναλώνεται από τα μεθανογενή βακτήρια και παράγεται μεθάνιο.

68 Πλεονεκτήματα αναερόβιας επεξεργασίας Τα πλεονεκτήματα της αναερόβιας επεξεργασίας είναι: Κατάλληλη για επεξεργασία αποβλήτων με υψηλό ρυπαντικό φορτίο Παραγωγή βιοαερίου Χαμηλή παραγωγή περίσσειας σταθεροποιημένης ιλύος Διάσπαση της οργανικής μάζας (μείωση του BOD και του COD) Μικρές απαιτήσεις σε θρεπτικά συστατικά (Ν και P) κατά τη διεργασία Μείωση της δυσοσμίας Χαμηλότερο λειτουργικό κόστος

69 Τύποι αντιδραστήρων αναερόβιας επεξεργασίας Αντιδραστήρας συνεχούς ανάδευσης (Continuously stirred tank reactor -CSTR) Αντιδραστήρας εφάπαξ πλήρωσης ή διαλείποντος έργου (Batch reactor) Αντιδραστήρας εμβολικής ροής (Plug-flow reactor) Αντιδραστήρας αναερόβιας επαφής (Anaerobic Contact Process)

70 Τύποι αντιδραστήρων αναερόβιας επεξεργασίας Αντιδραστήρας αναερόβιου φίλτρου (Anaerobic filter) Αναερόβιος αντιδραστήρας με ανακλαστήρες (Anaerobic Baffled Reactor)

71 Αντιδραστήρας ανοδικής ροής μέσα από αναερόβια στρώση λάσπης (Upflow Anaerobic Sludge Blanket reactor) Το απόβλητο τροφοδοτείται στο κάτω μέρος και ανεβαίνει διερχόμενο μέσα από ένα παχύ στρώμα αναερόβιας λάσπης, όπου τα βακτήρια δημιουργούν συσσωματώματα (granules). Η οργανική ύλη μετατρέπεται σε βιοαέριο, που ανέρχεται μαζί με σωματίδια λάσπης. Στο πάνω τμήμα τοποθετείται σύστημα διαχωρισμού (χοάνη και δακτύλιος από πλαστικό σωλήνα). Το υγρό υπερχειλίζει πάνω από την χοάνη, το αέριο απελευθερώνεται και η περιοχή μεταξύ χοάνης και δακτυλίου εξασφαλίζει την παραμονή των στερεών στον αντιδραστήρα. Προκειμένου να επιμηκυνθεί ο χρόνος παραμονής του αποβλήτου στην κλίνη λάσπης και να αποφευχθεί η υπερβολική συμπύκνωσή της, μία ροή του επεξεργασμένου αποβλήτου επιστρέφει στον πυθμένα της δεξαμενής (ανακυκλοφορία). Η υγρή φάση διατηρεί συνθήκες (θερμοκρασία, pH) ομοιόμορφες σε όλο το ύψος της.

72 Τύποι αντιδραστήρων αναερόβιας επεξεργασίας -Αντιδραστήρας ανοδικής ροής μέσα από αναερόβια στρώση λάσπης (Upflow Anaerobic Sludge Blanket reactor) Πλεονεκτήματα απλός σχεδιασμός λειτουργεί με υψηλή συγκέντρωση βιομάζας και μεγάλο χρόνο παραμονής στερεών μικρός υδραυλικός χρόνος παραμονής (hrt) επιτυγχάνεται υψηλός ρυθμός οργανικής φόρτισης υψηλή απόδοση (μεγάλη απομάκρυνση του οργανικού φορτίου - COD) δεν απαιτείται μεγάλος όγκος αντιδραστήρα και ανάδευση παρουσιάζει σταθερότητα σε διακυμάνσεις της τροφοδοσίας υψηλή παραγωγή βιοαερίου περιορισμένη χρήση χημικών

73 Προεπεξεργασία αποβλήτων Ανάλογα με τα χαρακτηριστικά του αποβλήτου, σε ορισμένες περιπτώσεις είναι απαραίτητη η προεπεξεργασία του, προκειμένου να απομακρυνθεί το ρυπαντικό φορτίο. Η οξείδωση χηµικών ενώσεων χρησιµοποιείται ευρέως για την κατεργασία αποβλήτων. Οι ρύποι διασπώνται µε οξείδωσή τους σε απλούστερες ενώσεις, όπως CO 2, H 2 0 και άλλες µη τοξικές, ανόργανες ενώσεις. Ορισµένα από τα κυριότερα οξειδωτικά µέσα που χρησιµοποιούνται είναι: ‰ Αέριο χλώριο και υποχλωριώδη άλατα ‰, διοξείδιο του χλωρίου‰, υπεροξείδιο του υδρογόνου ‰, υπερµαγγανικό κάλιο ‰, οξυγόνο, όζον, ρίζα υδροξυλίου (από οξείδωση µε υπερήχους) ‰, υπεριώδης ακτινοβολία

74 Προεπεξεργασία αποβλήτων Οξείδωση με όζον: ισχυρό οξειδωτικό µέσο ασφαλέστερο στην χρήση συγκρινόμενο µε άλλα αντιδρά με τις περισσότερες οργανικές ενώσεις κατά την οξείδωση με όζον, λαμβάνει χώρα αποδόμησή των οργανικών συστατικών σε ενδιάμεσα βιοαποικοδομήσιμα οργανικά παράγωγα ο ρυθμός μείωσης του COD είναι μεγάλος Οξείδωση με υπερήχους: αποτελεσματικός τρόπος επεξεργασίας των αποβλήτων, που δεν είναι ρυπογόνος οι υπέρηχοι (κύµατα υψηλής έντασης), σχηματίζουν κοιλότητες στο απόβλητο, οι οποίες αυξάνονται και στη συνέχεια διασπώνται απελευθερώνοντας την ενέργειά τους το αποτέλεσµα των συνεχών διασπάσεων σε ένα υγρό µέσο προσφέρει την απαραίτητη ενέργεια για την διάσπαση των δεσµών των αποβλήτων και την επιτάχυνση της υδρόλυσης των χηµικών δεσµών τους το αποτέλεσμα καθορίζεται κυρίως από τη συχνότητα των υπερήχων

75 Αναερόβια σε αντιδραστήρες διαλείποντος έργου (batch reactors) Συνθήκες pH (7,5-8,0) Θερμοκρασία (37 ◦ C ± 1 - Μεσόφιλη περιοχή) Ανάδευση (Μαγνητικός αναδευτήρας ή χειροκίνητα) Μίγμα αποβλήτου – λάσπης αναερόβιου αντιδραστήρα Χρόνος παραμονής (20 – 40 ημέρες) Μέτρηση όγκου βιοαερίου (Μέθοδος εκτόπισης ύδατος)

76 Αναερόβια σε αντιδραστήρες διαλείποντος έργου (batch reactors) Πληρωτικό υλικό: Anox kaldness k1 carriers

77 Αποτελέσματα αναερόβιας σε batch reactor Αναλογία αποβλήτου – λάσπης (mL) pH COD t (g/L) NH 4 – N (mg/L) TN (mg/L) PO 4 - P (mg/L) VS αποβ (g/L) VS λάσπης (g/L) Διάρκεια (ημέρες) pH COD t (g/L) NH 4 – N (mg/L) TN (mg/L) PO 4 - P (mg/L) βιοαέριο (ml)ΑΡΧΙΚΑ ΤΕΛΙΚΑ } + carriers

78 Αντιδραστήρες διαλείποντος έργου (batch reactors) pH COD total (g/L) NH 4 -N (mg/L) TN (mg/L) PO 4 -P (mg/L) 7,8121,339,2181212,9 Ποιοτικά χαρακτηριστικά του αποβλήτου Συγκεντρώσεις των στερεών της λάσπης και του αποβλήτου TS (g/L) VS (g/L) λάσπης14,344,86 αποβλήτου23,0611,07

79 Αποτελέσματα αναερόβιας σε batch reactor pH COD t (g/L) % Απομάκρυνση COD % Περιεκτικότητα βιοαερίου σε μεθάνιο Απόδοση σε μεθάνιο (L kg -1 VS added)

80 Αποτελέσματα αναερόβιας σε batch reactor Batch 1: Αναλογία όγκου αποβλήτου-λάσπης 1:2 Batch 2: Αναλογία όγκου αποβλήτου-λάσπης 1:1

81 Παροχή = 250mL/h Όγκος αντιδραστήρα = 14 L HRT = V / Q = 56h OLR = 6,0 – 8,5 kg COD/m 3 day Ανακυκλοφορία = 25 L/h Θερμοκρασία = 37 ◦ C ± 1 pH = 7,5-8,4 αναερόβια λάσπη διάρκεια: 127 ημέρες Αντιδραστήρας UASB (Upflow anaerobic sludge blanket reactor) εργαστηριακής κλίμακας

82 Αντιδραστήρας UASB εργαστηριακής κλίμακας

83 Αποτελέσματα αναερόβιας σε UASB reactor

84

85

86

87 Επεξεργασία αποβλήτου με όζον Kυλινδρικός αντιδραστήρας στήλης - φυσαλίδας ημι- διαλείπουσας λειτουργίας, από plexiglass. Στην βάση του ένας πορώδης κεραμικός διαχυτήρας, για την τροφοδοσία του αερίου, η κορυφή του αντιδραστήρα αεροστεγώς κλειστή. Χρησιμοποιήθηκε γεννήτρια για την παραγωγή όζοντος μέσω ηλεκτρικής εκκένωσης του ατμοσφαιρικού αέρα. Αρχικά γινόταν προσθήκη 1L αποβλήτου στη στήλη και ο αέρας διαβιβαζόταν υπό πίεση (80 psi) σε διαδοχικά φίλτρα και στη συνέχεια στη γεννήτρια. Από τη γεννήτρια εξερχόταν μίγμα ατμοσφαιρικού αέρα-όζοντος, με παροχή αερίου 4 L/min, το οποίο κατευθυνόταν στην βάση του αντιδραστήρα. Η συγκέντρωση του όζοντος στο μίγμα ήταν 8,3 mg/L. Πριν και μετά τον οζονισμό, γινόταν μέτρηση του COD.

88 Επίδραση όζοντος στο COD του αποβλήτου (8,3 mg/L, 4L/min) Διάρκεια Εφαρμογής (min) COD t,(g/L) αρχικό COD t, (g/L) τελικό % μείωση COD επί του αρχικού

89 Επεξεργασία αποβλήτου με όζον Σε πολύ μικρό χρόνο επεξεργασίας, ακόμα και σε 20 min: Σε πολύ μικρό χρόνο επεξεργασίας, ακόμα και σε 20 min: -Αποχρωματισμός αποβλήτου -Μείωση της οσμής 28% -Απομάκρυνση του CODt έως 28% 38% του CODs έως 38% Σε κάθε ξεχωριστή πειραματική διαδικασία, το ολικό και το διαλυτό COD μειώθηκαν μετά την επεξεργασία με όζον, ενώ το pH ανέβηκε σε μικρό βαθμό

90 Επεξεργασία αποβλήτου με υπερήχους Συσκευή υπερήχων UP100H της εταιρίας Hielscher, ισχύος 100 Watt και συχνότητας 30 kHz Συσκευή υπερήχων Sonoplus HD3400 της εταιρίας Bandelin, ισχύος 400 Watt και συχνότητας 20 kHz

91 Επεξεργασία αποβλήτου με υπερήχους 500 ml του αποβλήτου τοποθετούνταν σε ειδικό σκεύος της συσκευής Sonoplus HD3400, προσαρμοσμένο κάτω από τον αναμεταδότη της. Σε χρόνους επεξεργασίας 0, 30, 60 90 και 120 λεπτών γινόταν καταγραφή της θερμοκρασίας του αποβλήτου και λαμβάνονταν δείγματα, στα οποία γινόταν μέτρηση του ολικού και του διαλυτού COD. Πραγματοποιήθηκαν διαφορετικές πειραματικές διαδικασίες: Επεξεργασία σε υψηλή-χαμηλή συχνότητα. Επεξεργασία με χαμηλή-υψηλή ισχύ. Επεξεργασία όπου το πλάτος (Amplitude) των υπερηχητικών κυμάτων στο 90% ή στο 50%. Επεξεργασία με συνεχή η διακοπτόμενη εκπομπή παλμών (Pulse on-off). Επεξεργασία σε φρέσκο ή αποθηκευμένο απόβλητο. Επεξεργασία σε απόβλητο μετά την προσθήκη του ανιονικού επιφανειοδραστικού SDS (Δωδεκυλο-σουλφονικό νάτριο) (Dodecyl hydrogen sulfate sodium salt). Επεξεργασία σε σταθερή θερμοκρασία.

92 Επεξεργασία αποβλήτου με υπερήχους Αποτελέσματα της επεξεργασίας αποβλήτου σε σταθερή θερμοκρασία, σε χρόνο επεξεργασίας 0-120 λεπτά, με συσκευή υπερήχων χαμηλής συχνότητας και υψηλής ισχύος Χρόνος (min) COD total (g/L) και ποσοστιαία μεταβολή του επί του αρχικού COD soluble (g/L) και ποσοστιαία μεταβολή του επί του αρχικού 015,513,2 30 16,3 (5%  )15,4 (17%  ) 60 17,0 (10%  )16,7 (27%  ) 90 17,1 (10%  )17,1 (30%  ) 12017,3 (12%  )17,5 (33%  ) 33% Σχεδόν σε όλες τις μεταχειρίσεις: -Αύξηση του (διαλυτού) COD έως 33% -Όχι ορατές μεταβολές στο χρώμα και την οσμή

93 Υβριδική Επεξεργασία αποβλήτου με όζον- υπερήχους και αναερόβια Σε batch αντιδραστήρες Μίγμα επεξεργασμένου αποβλήτου-αναερόβιας λάσπης (500mL) Μεσόφιλη περιοχή (37 ◦ C )

94 Αναερόβια επεξεργασία αποβλήτων που είχαν προεπεξεργαστεί με υπερήχους ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΑΣ ΛΑΣΠΗΑΠΟΒΛΗΤΟ ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΑΣ ΛΑΣΠΗΑΠΟΒΛΗΤΟ 1170 mL - (Η 2 Ο, 340 mL) 4170 mL Επεξεργασμένο 2 ώρες, amplitude 90%, συνεχής εκπομπή παλμών, 340 mL 2170 mL Ακατέργαστο, από την είσοδο αντιδραστήρα αναερόβιας της ΖΑΝΑΕ, 340 mL 5170 mL Επεξεργασμένο 1 ώρα, amplitude 50%, συνεχής εκπομπή παλμών, 340 mL 3170 mL Επεξεργασμένο 1 ώρα, amplitude 90%, συνεχής εκπομπή παλμών, 340 mL 6170 mL Επεξεργασμένο 2 ώρες, amplitude 90%, διακοπτόμενη εκπομπή παλμών (pulse on: 0,5 sec, off: 1 sec), 340 mL

95 Αναερόβια επεξεργασία αποβλήτων που είχαν προεπεξεργαστεί με υπερήχους

96

97 60% -Απομάκρυνση του COD έως 60% -2,5 L -Αυξημένη παραγωγή βιοαερίου, έως 2,5 L 75% -Περιεκτικότητα βιοαερίου σε CH 4 : έως 75% 460 L kg -1 VS -Απόδοση σε CH 4 : έως 460 L kg -1 VS

98 Αναερόβια επεξεργασία αποβλήτων που είχαν προεπεξεργαστεί με υπερήχους και όζον ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΑΣ ΛΑΣΠΗΑΠΟΒΛΗΤΟ ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΑΣ ΛΑΣΠΗΑΠΟΒΛΗΤΟ 1340 mL Ακατέργαστο, από την είσοδο αντιδραστήρα αναερόβιας της ΖΑΝΑΕ, 170 mL 4340 mL Επεξεργασμένο 20 λεπτά με όζον, 170 mL 2340 mL Επεξεργασμένο 2 ώρες με υπερήχους, amplitude 90%, συνεχής εκπομπή παλμών, 170 mL 5340 mL Επεξεργασμένο 40 λεπτά με όζον, 170 mL 3340 mL Επεξεργασμένο 2 ώρες με υπερήχους, amplitude 90%, διακοπτόμενη εκπομπή παλμών 6340 mL Επεξεργασμένο 1 ώρα με όζον, 170 mL

99 Αναερόβια επεξεργασία αποβλήτων που είχαν προεπεξεργαστεί με υπερήχους και όζον

100 Υβριδική επεξεργασία οζονισμού- αναερόβιας : 69% -Απομάκρυνση του COD έως 69% -Περιορισμένη παραγωγή βιοαερίου Υβριδική επεξεργασία υπερήχων- αναερόβιας: 74% -Απομάκρυνση του COD έως 74% 1,5 L -Αυξημένη παραγωγή βιοαερίου, έως 1,5 L

101 Αποτελέσματα αναερόβιας επεξεργασίας ΣΕ BATCH ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΕΣ: pH: 7,5-8,0 θερμοκρασία: 37 ◦ C ± 1 ανάδευση χρόνος παραμονής: 30 ± 10 ημέρες μέτρηση όγκου βιοαερίου: Μέθοδος εκτόπισης ύδατος μίγμα αποβλήτου με αναερόβια λάσπη: 500mL ΣΕ UASB ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡA: παροχή : 250mL/h όγκος αντιδραστήρα: 14 L HRT : V / Q : 56h ή 2,33 d OLR : 6,0 – 8,5 kg COD/m 3 day ανακυκλοφορία :25 L/h θερμοκρασία : 37 ◦ C ± 1 pH : 7,5-8,4 Ποσότητα παραγόμενου βιοαερίου: 2-3 L Απομάκρυνση COD: έως 75% Περιεκτικότητα βιοαερίου σε CH 4 : έως 72% Απόδοση σε CH 4 : έως 400 L kg -1 VS Ποσότητα παραγόμενου βιοαερίου: έως 1,3 L/h Ποσότητα παραγόμενου βιοαερίου: έως 1,3 L/h Απομάκρυνση COD: έως 45% Περιεκτικότητα βιοαερίου σε CH 4 : έως 84% Απόδοση σε CH 4 : έως 400 L kg -1 VS

102 Αποτελέσματα αναερόβιας επεξεργασίας – Προεπεξεργασία αποβλήτου ΟΖΟΝ: παροχή αερίου: 4 L/min συγκέντρωση όζοντος στο μίγμα: 8,3 mg/L χρόνος επεξεργασίας: 5 – 300 min δείγμα αποβλήτου: 1 LΥΠΕΡΗΧΟΙ: amplitude 50, 90% συνεχής ή διακοπτόμενη εκπομπή παλμών θερμοκρασία σταθερή ή μεταβαλλόμενη δείγμα αποβλήτου: 500 mL Σε χρόνο επεξεργασίας 20 min: -Αποχρωματισμός αποβλήτου -Μείωση της οσμής 28% -Απομάκρυνση του CODt έως 28% 38% του CODs έως 38% 33% -Αύξηση του (διαλυτού) COD έως 33% -Όχι ορατές μεταβολές στο χρώμα και την οσμή Υβριδική επεξεργασία υπερήχων-αναερόβιας: 74% -Απομάκρυνση του COD έως 74% 2,5 L -Αυξημένη παραγωγή βιοαερίου, έως 2,5 L 75% -Περιεκτικότητα βιοαερίου σε CH 4 : έως 75% 460 L kg -1 VS -Απόδοση σε CH 4 : έως 460 L kg -1 VS Υβριδική επεξεργασία οζονισμού-αναερόβιας : Υβριδική επεξεργασία οζονισμού-αναερόβιας : 69% -Απομάκρυνση του COD έως 69% -Περιορισμένη παραγωγή βιοαερίου

103 Αερόβια επεξεργασία σε σύστημα SBR 12ωρος κύκλος λειτουργίας: 0,5 h τροφοδοσία, ανοξικό στάδιο, στάδιο αερισμού, 1 h καθίζηση, 0,5 h απομάκρυνση Αραίωση αποβλήτων μελάσας με 90% νερό/αστικά λύματα Αερόβια επεξεργασία-πειραματική μεθοδολογία

104 Συνδυασμός αερόβιας επεξεργασίας με διάφορες τεχνικές Επεξεργασία με υπέρηχους Επεξεργασία με όζον Επεξεργασία με ηλεκτρολυτική κροκίδωση Προσθήκη ενεργού άνθρακα Ενίσχυση της ενεργού ιλύος με μικροοργανισμούς Ρύθμιση pH στην ουδέτερη περιοχή Συνάντηση προγράμματος ΣΥΝΕΡΓΑΣΙΑ ΙΙ MOL-TREATΘεσσαλονίκη, Μάιος 2015

105 Επεξεργασία με υπέρηχους 1/3  20-100 kHz: Χαμηλή συχνότητα – καταστροφικοί US  300-1000 kHz: Μεσαία συχνότητα US – χημικές αντιδράσεις  > 2 MHz: Διαγνωστικοί US Συνάντηση προγράμματος ΣΥΝΕΡΓΑΣΙΑ ΙΙ MOL-TREATΘεσσαλονίκη, Μάιος 2015

106 Επεξεργασία με υπέρηχους 2/3 a) Φυσαλίδα (5000 K, 300 bar) b) Διεπιφάνεια (850-2000 K) Αντιδράσεις ριζών Μη πτητικά, υδρόφιλα Πυρόλυση H2O . OH +. H Πτητικά, υδρόφοβα Πυρόλυση και ρίζες Ημι-πτητικά, υδρόφοβα Διατομή φυσαλίδας c) Υγρή φάση (298 K, 1 bar) Συνάντηση προγράμματος ΣΥΝΕΡΓΑΣΙΑ ΙΙ MOL-TREATΘεσσαλονίκη, Μάιος 2015

107 Μεταβολή οργανικού φορτίου με το χρόνο επίδρασης υπερήχων χαμηλής συχνότητας Επεξεργασία με υπέρηχους 3/3 Συνάντηση προγράμματος ΣΥΝΕΡΓΑΣΙΑ ΙΙ MOL-TREATΘεσσαλονίκη, Μάιος 2015

108 12ωρος κύκλος: 0,5 h τροφοδοσία, 2 h ανοξικό, 8 h αερισμός, 1 h καθίζηση, 0,5 h απομάκρυνση Αραίωση με αστικό λύμα Επεξεργασία με όζον 1/7 Συνάντηση προγράμματος ΣΥΝΕΡΓΑΣΙΑ ΙΙ MOL-TREATΘεσσαλονίκη, Μάιος 2015

109 λύματααπόβλητα μελάσσαςμίγμα pH7,487,9 Αγωγιμότητα, mS/cm8,918,712,9 Aπορρόφηση 475 nm0,173,52?0,57 COD, mg/L3055550885 BOD 5, mg/L80350160 Επεξεργασία με όζον 2/7 Συνάντηση προγράμματος ΣΥΝΕΡΓΑΣΙΑ ΙΙ MOL-TREATΘεσσαλονίκη, Μάιος 2015

110 Απομάκρυνση COD με το χρόνο οζονισμού Επιλογή διάρκειας προεπεξεργασίας με όζον, 20 min Επεξεργασία με όζον 3/7 Συνάντηση προγράμματος ΣΥΝΕΡΓΑΣΙΑ ΙΙ MOL-TREATΘεσσαλονίκη, Μάιος 2015

111 Απομάκρυνση COD κατά τη βιολογική επεξεργασία σε SBR: αντιδραστήρας 1 (ελέγχου) και αντιδραστήρας 2 (προεπεξεργασία με όζον). Επεξεργασία με όζον 4/7 Συνάντηση προγράμματος ΣΥΝΕΡΓΑΣΙΑ ΙΙ MOL-TREATΘεσσαλονίκη, Μάιος 2015

112 Αντιδραστήρας 1Αντιδραστήρας 2 είσοδοςέξοδοςείσοδοςέξοδος BOD 5, mg/L16030101- COD, mg/L885470586285 NH 4 -N, mg/L140<1123<1 NO 3 -N, mg/L5,455867 total N, mg/L2087720477 P, mg/L6,53,75,72,8 απορρόφηση 475 nm0,570,310,090,14 Επεξεργασία με όζον 5/7 Συνάντηση προγράμματος ΣΥΝΕΡΓΑΣΙΑ ΙΙ MOL-TREATΘεσσαλονίκη, Μάιος 2015

113 Επεξεργασία με όζον 6/7 Απομάκρυνση COD κατά τη βιολογική επεξεργασία σε SBR: αντιδραστήρας 1 (ελέγχου) και αντιδραστήρας 2 (προεπεξεργασία με όζον). Συνάντηση προγράμματος ΣΥΝΕΡΓΑΣΙΑ ΙΙ MOL-TREATΘεσσαλονίκη, Μάιος 2015

114 επεξεργασίααπομάκρυνση COD, % βιολογική48 οζονισμός34 προεπεξεργασία με όζον+βιολογική67 βιολογική+μετεπεξεργασία με όζον60 συνδυασμός67 Επεξεργασία με όζον 7/7 Συνάντηση προγράμματος ΣΥΝΕΡΓΑΣΙΑ ΙΙ MOL-TREATΘεσσαλονίκη, Μάιος 2015

115 Επεξεργασία με ηλεκτρολυτική κροκίδωση 1/3 Σχεδιασμός πειραμάτων κατά Box Behnken’s με 3 παραμέτρους Συνάντηση προγράμματος ΣΥΝΕΡΓΑΣΙΑ ΙΙ MOL-TREATΘεσσαλονίκη, Μάιος 2015

116 Επεξεργασία με ηλεκτρολυτική κροκίδωση 2/3 Βέλτιστη περιοχή των συνθηκών λειτουργίας των δύο σχεδιαστικών παραμέτρων σε αραίωση 45%. Συνάντηση προγράμματος ΣΥΝΕΡΓΑΣΙΑ ΙΙ MOL-TREATΘεσσαλονίκη, Μάιος 2015

117 % COD% NH 4 -N NO 3 -N εξόδου/NO 3 -N εισόδου% total N Προεπεξεργασία με EC24910 Βιολογική επεξεργασία3388235 Προεπεξεργασία +βιολογική επεξεργασία51992718 Βιολογική επεξεργασία+ μετέπειτα επεξεργασία με EC63871930 Επεξεργασία με ηλεκτρολυτική κροκίδωση 3/3

118 Ενίσχυση της ενεργού ιλύος με φωτοσυνθετικά μικροάλγη Τα μικροάλγη άλγη έχουν μεγάλη επίδραση στο άζωτο τόσο ποσοτικά όσο και ποιοτικά (αυξάνεται το οργανικό άζωτο) Συνάντηση προγράμματος ΣΥΝΕΡΓΑΣΙΑ ΙΙ MOL-TREATΘεσσαλονίκη, Μάιος 2015

119 Ενίσχυση της ενεργού ιλύος με φωτοσυνθετικά μικροάλγη Φωτο-βιοαντιδραστήρας SBR κινούμενης κλίνης Αντιδραστήρας 1: τυπικός SBR (αναφοράς) Αντιδραστήρας 2: φωτοαντιδραστήρας SBR Αντιδραστήρας 3: φωτοαντιδραστήρας SBR κινούμενης κλίνης Με την πάροδο του χρόνου παρατηρείται υποβάθμιση στην απόδοση των αλγών λόγω επικαθίσεων στη λάμπα. Παρατηρείται μια διαφορά φάσης μεταξύ των αντιδραστήρων 2 και 3. Το πληρωτικό υλικό που χρησιμοποιείται στον αντιδραστήρα 3 καθαρίζει την επιφάνεια και επιβραδύνει τις επικαθίσεις. Συνάντηση προγράμματος ΣΥΝΕΡΓΑΣΙΑ ΙΙ MOL-TREATΘεσσαλονίκη, Μάιος 2015

120 Η ηλεκτρολυτική κροκίδωση φαίνεται να είναι πιο αποδοτική στον φωτοαντιδραστήρα. Οι μετασχηματισμοί του αζώτου καθιστούν την έξοδο πιο εύκολα διασπάσιμη. Ενίσχυση της ενεργού ιλύος με φωτοσυνθετικά μικροάλγη Επεξεργασία εκροής με ηλεκτρολυτική κροκίδωση Αντιδραστήρας 1: τυπικός SBR (αναφοράς) Αντιδραστήρας 2: φωτοαντιδραστήρας SBR Συνάντηση προγράμματος ΣΥΝΕΡΓΑΣΙΑ ΙΙ MOL-TREATΘεσσαλονίκη, Μάιος 2015

121 Συμπεράσματα  Η προεπεξεργασία/μετεπεξεργασία συνεισφέρει στην αποδόμηση των υγρών αποβλήτων μελάσας.  Διευκολύνεται η βιολογική επεξεργασία (καταστροφή μεγάλων μορίων) με την προεπεξεργασία.  Εμφάνιση νέων μεγάλων μορίων από την διάσπαση του σωματιδιακού COD και την εν μέρει μετατροπή του σε διαλυτό.  Αξιολόγηση αποδοτικής μεθόδου με εκτίμηση όλων των οικονομικών και περιβαλλοντικών παραμέτρων. Συνάντηση προγράμματος ΣΥΝΕΡΓΑΣΙΑ ΙΙ MOL-TREATΘεσσαλονίκη, Μάιος 2015

122 ...ευχαριστώ για την προσοχή σας.... Συνάντηση προγράμματος ΣΥΝΕΡΓΑΣΙΑ ΙΙ MOL-TREATΘεσσαλονίκη, Μάιος 2015