Βιοτεχνολογική επεξεργασία υγρών αποβλήτων ελαιοτριβείου

• Κύριος συγγραφέας: Ντρενογιάννη, Κωνσταντίνα
• Άλλοι συγγραφείς: Σουπιώνη, Μαγδαληνή
• Μορφή: Thesis
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2018
• Θέματα: Υγρά απόβλητα ελαιοτριβείου (ΥΑΕ); Μικτή αναερόβια καλλιέργεια (UASB); Μελάσα; Γλυκόζη; Ρυθμός πρόσληψης σακχάρων; Κίσηρη; Χημικά απαιτούμενο οξυγόνο (COD); Olive mill wastewaters (OMW); Mixed anaerobic culture (UASB); Molasses; Sugar uptake rate; Pumice; Chemical oxygen demand (COD); 662.669 2

Οι βιοτεχνολογικές μέθοδοι επεξεργασίας υγρών αποβλήτων είναι γενικά δημοφιλείς λόγω της ταχύτητας, της οικονομίας, της φιλικότητας τους προς το περιβάλλον και της συμφωνίας τους με την Πράσινη Ανάπτυξη. Τα υγρά απόβλητα ελαιοτριβείων (ΥΑΕ ή κατσίγαρος) δημιουργούνται κατά την παραγωγή ελαιόλαδου σε σύγχρονες φυγοκεντρικές μονάδες και επειδή συνήθως αποχύνονται σε υδάτινους αποδέκτες (λίμνες, ποτάμια κ.λπ.) και έδαφος αποτελούν μία από τις μεγαλύτερες πηγές ρύπανσης του περιβάλλοντος σε όλες τις ελαιοπαραγωγικές χώρες της Μεσογείου. Είναι σκουρόχρωμα διαλύματα, έντονης οσμής, η ακριβής σύσταση των οποίων εξαρτάται από την περιοχή προέλευσης, την ποικιλία των ελαιόκαρπων, το επίπεδο ωρίμανσής τους κ.ά. Περιέχουν κυρίως οργανικές ενώσεις, όπως φαινολικά, ταννίνες, πολυσακχαρίτες, υδατάνθρακες, λιπαρά οξέα, πολυαλκοόλες κ.ά., ενώ χαρακτηρίζονται από υψηλότατο ρυπαντικό φορτίο, της τάξης των 14-110 και 41,4-130 g L-1 σε βιολογικά (BOD5) και χημικά απαιτούμενο οξυγόνο (COD) αντίστοιχα. Τα τελευταία είκοσι χρόνια πολλές έρευνες εστιάζουν στη διαχείριση και την επεξεργασία των ΥΑΕ αναπτύσσοντας αποτελεσματικές διαδικασίες βιομετατροπής των σακχάρων και άλλων συστατικών τους σε προϊόντα υψηλής προστιθέμενης αξίας (αιθανόλη, οξέα κ.ά.) με ταυτόχρονη μείωση του ρυπαντικού τους φορτίου. Οι ουσίες αυτές, χρησιμοποιούνται στη συνέχεια ως πρώτη ύλη για την παρασκευή άλλων χημικών ενώσεων καθώς και για την παραγωγή ενέργειας. Η παρούσα διπλωματική εργασία εξετάζει την παραγωγή αιθανόλης και οργανικών οξέων κατά τη ζύμωση μιγμάτων ΥΑΕ διαφόρων συγκεντρώσεων με συνθετικό θρεπτικό μέσο γλυκόζης 5% w/v αλλά και με διάλυμα μελάσας 6% v/v παρουσία ή μη κίσηρης, ως πιθανού προωθητή της ζύμωσης από μικτή αναερόβια καλλιέργεια από αντιδραστήρα UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket). Επίσης, μελετάται, η επίδραση του ρυθμού πρόσληψης γλυκόζης ή σακχαρόζης στην ταχύτητα της ζύμωσης και στη ζυμωτική ικανότητα της μικτής καλλιέργειας και προσδιορίζεται το ποσοστό μείωσης του οργανικού φορτίου στο ζυμωμένο υγρό. Η μελέτη της κινητικής όλων των ζυμώσεων έγινε πραγματοποιώντας πειράματα με 3 g ελευθέρων κυττάρων καλλιέργειας UASB στους 37 οC, χωρίς διόρθωση της τιμής του pH και χωρίς ανάδευση.x Μικρός αριθμός ζυμώσεων μιγμάτων ΥΑΕ με διάλυμα μελάσας διεξήχθη με προσθήκη επιπλέον ποσότητας θρεπτικών συστατικών (NH3, NaHCO3, H3PO4). Επίσης, σε επιλεγμένα πειράματα προσδιορίσθηκε ο ρυθμός πρόσληψης της γλυκόζης ή της σακχαρόζης από τα κύτταρα της καλλιέργειας, με χρήση σακχάρων επισημασμένων με 14C και μέτρηση της βιομάζας σε υγρό απαριθμητή σπινθηρισμών. Επιπρόσθετα, πραγματοποιήθηκε και μικρός αριθμός ζυμώσεων παρουσία κίσηρης. Η κινητική όλων των ζυμώσεων προσδιορίστηκε με μέτρηση της συγκέντρωσης του αζύμωτου σακχάρου και των παραγόμενων οξέων σε τακτά χρονικά διαστήματα με τη μέθοδο της υγρής χρωματογραφίας υψηλής απόδοσης (HPLC). Η παραγόμενη κατά τις ζυμώσεις αιθανόλη μετρήθηκε με χρήση αέριας χρωματογραφίας (GC). Τέλος, για τη μελέτη μείωσης του οργανικού φορτίου των ΥΑΕ, προσδιορίσθηκε το COD του εκάστοτε μίγματος στην αρχή και στο τέλος κάθε ζύμωσης με την τυποποιημένη μέθοδο της HACH. Τα αποτελέσματα έδειξαν πως ταχύτερα ολοκληρώνονται οι ζυμώσεις μιγμάτων ΥΑΕ με διάλυμα γλυκόζης. Για ποικίλες συγκεντρώσεις σε ΥΑΕ (20, 30, 45, 50, 55, 65, 70, 80, 96, 98, 99 και 100%) οι χρόνοι ολοκλήρωσης κυμαίνονται από 45 (για 65% ΥΑΕ) έως 60 ώρες (για 20 και 30% ΥΑΕ). Αντίστοιχες ζυμώσεις μιγμάτων ΥΑΕ με διάλυμα μελάσας διαρκούν από 140 έως 300 ώρες περίπου. Όσον αφορά την παραγωγή αιθανόλης, η μεγαλύτερη ποσότητα (15,1 g L-1) μετρήθηκε κατά τη ζύμωση μιγμάτων ΥΑΕ συγκέντρωσης 45% με γλυκόζη. Στα μίγματα ΥΑΕ-μελάσας, η υψηλότερη παραγωγή αιθανόλης (16 g L-1) παρατηρήθηκε όταν η συγκέντρωση των ΥΑΕ ήταν 20%. Ταυτόχρονα με την παραγωγή αιθανόλης, υπήρξε και παραγωγή οξέων τόσο στα μίγματα ΥΑΕ με γλυκόζη όσο και σε αυτά με μελάσα. Συγκεκριμένα, στα μίγματα ΥΑΕ - γλυκόζης, παράχθηκε μόνο ηλεκτρικό οξύ με μεγαλύτερη παραγωγή σε αυτά με συγκεντρώσεις 45, 50 και 65% ΥΑΕ (12,5, 13,7 και 16,2 g L-1 αντίστοιχα). Στα μίγματα ΥΑΕ – μελάσας, παρατηρήθηκε επίσης παραγωγή οξέων (ηλεκτρικό, μηλικό, βουτανικό, αιθανικό) με την μέγιστη συνολική παραγωγή στα μίγματα με συγκέντρωση ΥΑΕ 35% (11,6 g L-1). Η προσθήκη κίσηρης μείωσε το χρόνο ζύμωσης στο μισό σε μίγμα ΥΑΕ 30% με διάλυμα μελάσας, γεγονός που υποδεικνύει τη χρήση της ως πιθανού προωθητή ζυμώσεων υγρών αποβλήτων ελαιοτριβείων. Η μεγαλύτερη μείωση του COD παρατηρήθηκε σε ζύμωση μίγματος ΥΑΕ 45% - γλυκόζης και ήταν 53%. Σε όλες τιςxi υπόλοιπες περιπτώσεις η μείωση του ρυπαντικού φορτίου περιορίστηκε σε ποσοστά έως και 40%. Τέλος, ο ρυθμός πρόσληψης γλυκόζης ή σακχαρόζης από τους μικροοργανισμούς ταυτίζεται με την ταχύτητα της ζύμωσης και φαίνεται ότι η ζυμωτική ικανότητα της καλλιέργειας είναι ιδιαίτερα αυξημένη κατά τις πρώτες ώρες της ζύμωσης. Τέλος, συμπεραίνεται ότι από τα υγρά απόβλητα ελαιοτριβείου σε μίγμα με γλυκόζη ή μελάσα και ζύμωση τους από UASB καλλιέργεια, είναι δυνατόν να παραχθεί ικανοποιητική ποσότητα βιοαιθανόλης και οργανικών οξέων, που μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως καθαρής μορφής βιοκαύσιμα. Ταυτόχρονα, επιτυγχάνεται μείωση του ρυπαντικού φορτίου (COD) των ΥΑΕ, αλλά για να οδηγηθούν μετά σε εγκαταστάσεις βιολογικού καθαρισμού ή να απορριφθούν στο περιβάλλον, είναι απαραίτητο να υποστούν περαιτέρω επεξεργασία.