Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας, είναι η δημιουργία ενός συστήματος, το οποίο θα επεξεργάζεται υγρά απόβλητα με υψηλή περιεκτικότητα σε αμμωνία, κάνοντας χρήση της επιστήμης και των τεχνικών της φυτοεξυγίανσης αλλά και της διαδικασίας της νιτροποίησης με ενθυλακωμένους βιοκαταλύτες. Παράλληλος στόχος του συστήματος, είναι η ανάκτηση των θρεπτικών συστατικών που βρίσκονται στα υγρά απόβλητα, μέσω της μετατροπής τους σε φυτική βιομάζα για περαιτέρω επεξεργασία αυτής. Το υγρό απόβλητο θα καθαρίζεται μέσω της κατανάλωσης των θρεπτικών συστατικών από τα φυτά και στη συνέχεια τα ανακτώμενα συστατικά αυτά, υπό τη μορφή φυτικής βιομάζας θα επεξεργάζονται ανάλογα για παραγωγή ζωοτροφής, κομπόστ,βιοντίζελ κ.α.
Στο πειραματικό μέρος της εργασίας χρησιμοποιήθηκαν ούρα, ως απόβλητο με υψηλή περιεκτικότητα σε αμμωνία(510mg/L). Το σύστημα αυτό αποτελείται απο μία δεξαμενή σταθεροποίησης, η οποία λειτουργεί σαν πρώτος χώρος συλλογής του ανεπεξέργαστου αποβλήτου η οποία όμως θα λειτουργεί και σαν δεξαμενή στην οποία θα πραγματοποιείται υδρόλυση της ουρίας, ανάλογα με το απόβλητο, τον διαθέσιμο χώρο και την περιεκτικότητά του. Στη συνέχεια, το υγρό απόβλητο θα οδηγείται σε έναν βιοαντιδραστήρα νιτροποίησης, ο οποίος περιέχει ενθυλακωμένους βιοκαταλύτες Lentikats, με σκοπό την πλήρη νιτροποίηση της αμμωνίας. Έπειτα, το νιτροποιημένο πλέον απόβλητο, θα οδηγείται στην δεξαμενή/λίμνη επιπλεόντων φυτών, η οποία περιέχει φυτά του είδους E. Crassipes και S .Natans, φυτά γνωστά για τις ιδιότητες να αποσπούν μεγάλο μέρος των θρεπτικών απο υδάτινα σώματα και με γρήγορη ανάπτυξη.
Τέλος, μετά τον ανάλογο χρόνο παραμονής στη λίμνη(18days), του νιτροποιημένου αποβλήτου, ο οποίος εξαρτάται από την ποιότητα της εκροής που απαιτείται, το εξυγιασμένο πλέον υγρό απόβλητο θα συλλέγεται για επαναχρησιμοποίηση, διάθεση ή περαιτέρω επεξεργασία. Η φυτική βιομάζα που θα παράγεται(40 gr/(day m2)) θα συλλέγεται με αραίωση των πιο μεγάλων ηλικιακά φυτών, και ανάλογα με την εγκατάσταση και το χώρο που βρίσκεται το σύστημά, η παραχθείσα φυτική βιομάζα θα επεξεργάζεται ανάλογα.
Στις πειραματικές διατάξεις, το σύστημα δοκιμάστηκε με δύο τρόπους. Όταν στο απόβλητο υπάρχει μεγάλη ποσότητα ουρίας, η οποία υδρολύεται και παράγει επιπλέον αμμωνία, επιλέγεται, είτε πρώτα να επιτραπεί να λάβει χώρα η υδρόλυση(4days) αυτή και στη συνέχεια να υπάρξει συνεχή παροχή(1,5L/day) και λειτουργία του συστήματος(Treactor=1,6days), είτε χωρίς να επιτευχθεί υδρόλυση, η ποσότητα του αποβλήτου να εισέρχεται απο την δεξαμενή σταθεροποίησης καθορισμένη από τις αυξομειώσεις του pH του βιοαντιδραστήρα (ρύθμιση pH) για να αποφευχθεί συσσώρευση αμμωνίας στον βιοαντιδραστήρα και πιθανές αστοχίες του συστήματος. Η δεύτερη τεχνική μπορεί να χρησιμοποιηθεί και στις δυο περιπτώσεις, είτε με υδρόλυση ουρίας, είτε χωρίς. Η συνεχής λειτουργία όμως, χωρίς αρχική υδρόλυση ουρίας, δεν λειτουργεί σωστά καθώς υπάρχει συσσώρευση αμμωνίας μέσα στον βιοαντιδραστήρα.
Αφού έχει λειτουργήσει και δοκιμάστει το σύστημα στις διάφορες καταστάσεις, θα καταγραφεί η παραγωγή φυτικής βιομάζας(40 gr/(day m2)), θα προταθούν τρόποι αξιοποίησης αυτής, ανάλογα της τοποθεσίας του συστήματος και το υγρό απόβλητο το οποίο επεξεργάζεται. Θα δημιουργηθούν επίσης διαγράμματα ροής ενός ολοκληρωμένου τέτοιου συστήματος, καθώς και θα αναφερθούν πρακτικά παραδείγματα εφαρμογής τους με κοστολόγιο και εξοπλισμό.
Συμπερασματικά, ολοκληρώνοντας τις πειραματικές διαδικασίες, φαίνεται πόσο οικονομικό, οικολογικό και απλό είναι ένα τέτοιο σύστημα. Είναι ικανό να επεξεργάζεται απόβλητο με υψηλές συγκεντρώσεις σε αμμωνία, δίνοντας μια ποιοτικά ικανοποιητική εκροή. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί μόνο του, για επεξεργασία υγρών αποβλήτων με ελάχιστα λειτουργικά κόστη και απαιτήσεις σε προσωπικό, είτε μπορεί να ενσωματωθεί σε μια ήδη υπάρχουσα εγκατάσταση επεξεργασίας υγρών αποβλήτων για επεξεργασία κάποιου ρεύματος. Καθώς ανακτώνται και θρεπτικά στοιχεία απο τα απόβλητα, έχει θετική παράμετρο στα οικονομικά της συνολικής επεξεργασίας του εκάστοτε αποβλήτου, παρέχει οικονομικό όφελος απο την αξιοποίηση της παραχθείσας φυτικής βιομάζας.
(EL)
The aim of this thesis is to create a system that will process high ammonia waste liquors, using the science and techniques of phyto-oxygenation and the process of nitrification with encapsulated biocatalysts. Also, the other goal is to recover the nutrients found in the liquid waste by converting it to plant biomass for further processing of it. The liquid waste will be purified by the consumption of nutrients from the plants and then the recovered components, in the form of plant biomass, will be processed accordingly for production of feed, compost, biodiesel etc.
In the experimental part of the work urine was used as waste with high ammonia content (510mg / L). This system consists of a stabilization tank, which acts as the first wastewater collection tank but will also act as a reservoir in which urea hydrolysis will take place, depending on the waste, the available space and its content. Thereafter the liquid waste will be led to a nitrification bioreactor containing encapsulated Lentikats biocatalysts in order to fully nitrate the ammonia. Then, the nitrified waste will be fed to the tank / lake of floating plants, which contains plants such as E. Crassipes and S. Natans, plants known for their properties to extract much of the body's nutrients and rapid growth.
Finally, after the corresponding 18days spent on the lake, the nitrified waste, which depends on the quality of the effluent required, the liquid waste will be collected for re-use, disposal or further processing. The plant biomass to be produced (40 gr / (day m2)) will be harvested by thinning the largest plantations, and depending on the plant and the plant site, the plant biomass produced will be processed accordingly.
In experimental arrangements, the system was tested in two ways. When there is a large amount of urea in the waste, which is hydrolyzed and produces additional ammonia, it is chosen either to first allow hydrolysis to occur (4days) and then to provide a continuous flow (1,5L / day) and system operation ( Treactor = 1,7days), or without hydrolysis, the amount of waste entering the stabilizer tank determined by the bioreactor pH fluctuations (pH adjustment) to avoid ammonia accumulation in the bioreactor and possible system failures.
The second technique can be used in both cases, either by hydrolysis of urea or without. However, continuous operation, without initial hydrolysis of urea, does not work properly as there is ammonia accumulation in the bioreactor. After the system has been operated and tested in the various situations, plant biomass production (40 gr / (day m2) will be recorded and ways of using it will be proposed, depending on the location of the system and the wastewater it processes. Flow charts of such an integrated system will also be created, as well as practical examples of their application with cost and equipment.
In conclusion, completing the experimental procedures, it shows how economical, ecological and simple this system is. It is capable of treating waste with high concentrations of ammonia, giving a satisfactory effluent. It can be used alone for wastewater treatment with minimal operating costs and staffing requirements, or it can be integrated into an existing wastewater treatment plant to process a current. As nutrients recover from the waste, there is a positive parameter in the economics of the overall treatment of the waste and it provides economic benefit from the utilization of the produced plant biomass.
(EN)
Πολυτεχνείο Κρήτης
