Ενεργειακή αξιοποίηση αποβλήτων ελαιοτριβείων

Abstract

This thesis presents the application of Fenton’s reagent oxidation process combined with anaerobic digestion for the treatment of 3-phase olive mill wastewater. Initially, the waste liquid sample undergone pretreatment by chemical oxidation in a continuous stirred reactor with Fenton reagent where the relative ratio of the reactants was varied (H2O2/FeSO4 7H2O), depending on their used concentrations, which were forming and the final concentration of hydrogen cations (pH) in the solution, under a controlled temperature.During each experiment, it was calculated the percentage of the wastewater’s organic carbon decreasing (% TOC) and the percentage decreasing of phenolic compounds (% TPC), while at the end of each experiment was calculated the First Class pseudo-constant of the Reduction Performance of Phenolic Compounds (kTPC) and the First Class pseudo-constant of Organic Carbon assimilation (kTOC). This enhanced oxidative pretreatment enable achieving reductions of about 85% and 30% of the total phenolic compounds and total organic carbon, respectively.Subsequently, the amount of pretreated wastewater was led into an anaerobic digester, which contained active sludge, where it was undergoing biological treatment via anaerobic digestion. The activity of activated sludge was checked at regular intervals and was maintained at the desired level by adding acetic acid or by adding extra sludge from active reactor. The operating conditions of the anaerobic reactor were as follows, temperature 35οC and the retention time of organic solids 80 days.During the anaerobic process, its kinetic was studied using Monod type model and recorded the achieved biodegradability maximum rate of the liquid waste, k_max,(d^(-1)) and the production of methane Qmeth (lCH4/l wastewater). After the optimization of the aforementioned parameters, the obtained values were kmax = 0,454 d-1 and Qmeth = 19,86 lCH4/l effluent.The above optimization of the parameters was obtained through the theory of factorial experimental design, where initially, it was determined the effect of some key factors of the process, which are considered as the controlling parameters of the oxidation treatment effectiveness. These parameters are the initial concentrations of [Η2Ο2], [FeSO4.7H2O] and the hydraulic retention time of liquid waste into the digester, Θ. The advantages of using the factorial design was to determine the effect of each independent variable, but also if they are combined in influencing the dependent variable (kmax Qmeth), along with their optimization, at the aforementioned values.

Στην παρούσα διδακτορική διατριβή παρουσιάζεται η εφαρμογή της οξειδωτικής διεργασίας του αντιδραστηρίου Fenton συνδυασμένη με αναερόβια χώνευση για την επεξεργασία υγρών αποβλήτων 3φασικου ελαιοτριβείου. Αρχικά, στο δείγμα υγρού αποβλήτου πραγματοποιήθηκε προεπεξεργασία με χημική οξείδωση σε έναν αντιδραστήρα συνεχούς ανάδευσης με το αντιδραστήριο Fenton όπου ο σχετικός λόγος των αντιδραστηρίων μεταβαλλόταν (H2O2/FeSO4 7H2O), ανάλογα με τις χρησιμοποιούμενες συγκεντρώσεις τους, οι οποίες διαμόρφωναν και την τελική συγκέντρωση υδρογονοκατιόντων (pH) στο διάλυμα, υπό ελεγχόμενη θερμοκρασία. Κατά τη διάρκεια κάθε πειράματος, υπολογιζόταν η επί τοις εκατό απομείωση του οργανικού άνθρακα του αποβλήτου (%TOC) και η επί τοις εκατό απομείωση των φαινολικών ενώσεων (%TPC), ενώ στο τέλος κάθε πειράματος υπολογιζόταν η ψευδοσταθερά Α΄ τάξεως Απόδοσης Ελάττωσης Φαινολικών Ενώσεων (kTPC) και η ψευδοσταθερά Α΄ τάξεως Αφομοίωσης Οργανικού Άνθρακα (kTOC). Αυτή η προωθημένη οξειδωτική επεξεργασία επέτρεπε την επίτευξη μειώσεων της τάξης περίπου 85% και 30% των συνολικών φαινολικών ενώσεων και του συνολικού οργανικού άνθρακα αντίστοιχα. Ακολούθως, η προεπεξεργασμένη ποσότητα του υγρού αποβλήτου οδηγούνταν σε αναερόβιο χωνευτήρα, ο οποίος περιείχε ενεργή βιολογική λάσπη, όπου υποβαλλόταν σε βιολογική επεξεργασία μέσω αναερόβιας χώνευσης. Η ενεργότητα της βιολογικής λάσπης ελεγχόταν σε τακτά χρονικά διαστήματα και διατηρούταν σε επιθυμητά επίπεδα με την προσθήκη οξικού οξέος ή προσθήκη επιπλέον λάσπης από ενεργό αντιδραστήρα. Οι συνθήκες λειτουργίας του αναερόβιου αντιδραστήρα ήταν θερμοκρασία 35 oC και χρόνος συγκράτησης οργανικών στερεών 80 ημέρες.Κατά τη διάρκεια της αναερόβιας διεργασίας, μελετήθηκε η κινητική αυτής με τη χρήση μοντέλου τύπου Monod και καταγραφόταν ο επιτυγχανόμενος μέγιστος ρυθμός βιοαποικοδομησιμότητας του υγρού αποβλήτου,kmax,(d^(-1)) και η παραγωγή μεθανίου Qmeth (lCH4/l αποβλήτου). Μετά από αριστοποίηση των υπόψη παραμέτρων, οι τιμές που προέκυψαν ήταν kmax = 0,454 d-1 και Qmeth = 19,86 lCH4/l αποβλήτου.Η προαναφερθείσα αριστοποίηση των παραμέτρων επιτεύχθηκε με την εφαρμογή της θεωρίας του παραγοντικού σχεδιασμού πειραμάτων, όπου προσδιορίστηκε αρχικά η επίδραση κάποιων βασικών παραγόντων της διεργασίας, οι οποίοι θεωρούνται ως οι παράμετροι ελέγχου (controlling parameters) της αποτελεσματικότητας της οξειδωτικής επεξεργασίας. Αυτοί οι παράμετροι είναι οι αρχικές συγκεντρώσεις [Η2Ο2] , [FeSO4.7H2O] και o υδραυλικός χρόνος παραμονής του υγρού αποβλήτου εντός του χωνευτήρα, Θ. Τα πλεονεκτήματα της χρήσης του παραγοντικού σχεδιασμού ήταν ο προσδιορισμός της επίδρασης κάθε ανεξάρτητης μεταβλητής, αλλά επίσης εάν συνδυάζονται στον επηρεασμό των εξαρτημένων μεταβλητών (kmax Qmeth), καθώς και η αριστοποίηση τους, στις τιμές που προαναφέρθηκαν.