Μοντελοποίηση επεξεργασίας υγρών αποβλήτων με συμβιωτικές καλλιέργειες κυανοβακτηρίων/βακτηρίων
Η συνεχής αύξηση του ανθρώπινου πληθυσμού και αυξημένες του διατροφικές ανάγκες έχουν ως αποτέλεσμα την αυξανόμενη παραγωγή αστικών λυμάτων και αποβλήτων. Οι καλλιέργειες μικροφυκών / κυανοβακτηρίων αποτελούν μια πολλά υποσχόμενη λύση προς αυτή την κατεύθυνση, αφού παράλληλα με την επεξεργασία υγρών...
Κύριος συγγραφέας: | |
---|---|
Άλλοι συγγραφείς: | |
Γλώσσα: | Greek |
Έκδοση: |
2023
|
Θέματα: | |
Διαθέσιμο Online: | https://hdl.handle.net/10889/24872 |
id |
nemertes-10889-24872 |
---|---|
record_format |
dspace |
institution |
UPatras |
collection |
Nemertes |
language |
Greek |
topic |
Καλλιέργειες μικροφυκών / κυανοβακτηρίων Βιομάζα Κινητικές παράμετροι Απόβλητα ζυθοποιίας Βιοαντιδραστήρες Μοντέλο Monod Microalgae /cyanobacteria cultures Biomass Leptolyngya sp. Kinetic parameters Brewery waste Brewery waste Monod model |
spellingShingle |
Καλλιέργειες μικροφυκών / κυανοβακτηρίων Βιομάζα Κινητικές παράμετροι Απόβλητα ζυθοποιίας Βιοαντιδραστήρες Μοντέλο Monod Microalgae /cyanobacteria cultures Biomass Leptolyngya sp. Kinetic parameters Brewery waste Brewery waste Monod model Τροχάτος, Χρήστος Μοντελοποίηση επεξεργασίας υγρών αποβλήτων με συμβιωτικές καλλιέργειες κυανοβακτηρίων/βακτηρίων |
description |
Η συνεχής αύξηση του ανθρώπινου πληθυσμού και αυξημένες του διατροφικές ανάγκες έχουν ως αποτέλεσμα την αυξανόμενη παραγωγή αστικών λυμάτων και αποβλήτων. Οι καλλιέργειες μικροφυκών / κυανοβακτηρίων αποτελούν μια πολλά υποσχόμενη λύση προς αυτή την κατεύθυνση, αφού παράλληλα με την επεξεργασία υγρών αποβλήτων, αποτελούν μια πολλά υποσχόμενη πηγή παραγωγής βιοκαυσίμων και προϊόντων υψηλής προστιθέμενης αξίας μέσω της διαδικασίας του βιοδιυλιστηρίου. Σε αντίθεση με τις παραδοσιακές μεθόδους βιολογικής επεξεργασίας, όπως αυτή της ενεργού ιλύος, οι μικροοργανισμοί αξιοποιούν την ηλιακή ακτινοβολία ως πηγή ενέργειας και παράγουν μεγάλες ποσότητες υψηλής αξίας βιομάζας.
Στην παρούσα διπλωματική εργασία πραγματοποιήθηκε σε πρώτο στάδιο η μελέτη ενός συστήματος αιωρούμενης ανάπτυξης κάτω από διαφορετικές συνθήκες με την χρήση του μικροοργανισμού Leptolyngya sp. με κύριο στόχο την εξαγωγή κινητικών παραμέτρων. Τα πειράματα διεξήχθησαν σε φωτοαντιδραστήρες διαλείποντος έργου εργαστηριακής κλίμακας και εξετάσθηκαν ως προς την απόδοση τους στην παραγωγή βιομάζας και την αφαίρεση ανόργανων ρύπων.
Στην συνέχεια πραγματοποιήθηκε η μοντελοποίηση ενός συστήματος κυανοβακτηρίων /βακτηρίων με στόχο την απορρύπανση αποβλήτων ζυθοποιίας και τα αποτελέσματα του μοντέλου επικυρώθηκαν από μία αντίστοιχη μελέτη που πραγματοποιήθηκε σε εργαστηριακή κλίμακα. Το απόβλητο που χρησιμοποιήθηκε προέρχεται από τον βιολογικό καθαρισμό του εργοστασίου της Αθηναίικης Ζυθοποιίας στην ΒΙ.ΠΕ. Πατρών με περιεκτικότητα στον μικροοργανισμό Leptolyngya sp. που ξεπερνά σε ποσοστό το 85 %. Αποδείχθηκε ότι το μοντέλο προσεγγίζει αρκετά ικανοποιητικά τις συγκεντρώσεις βιομάζας και COD μέσω των αποτελεσμάτων που λήφθηκαν, καθώς επίσης και τις συγκεντρώσεις των ανόργανων ρύπων. Ενδεικτικά μέσω της επικύρωσης των αποτελεσμάτων, το μοντέλο έδειξε ιδιαίτερα ενθαρρυντικά στοιχεία όσο αφορά την απορρύπανση καθώς τα αμμωνιακά ιόντα αφαιρούνται σε ποσοστό που αγγίζει το 100%. Το χημικά απαιτούμενο οξυγόνο μειώθηκε σε ποσοστό μεγαλύτερο του 90 % ,ενώ οι συγκεντρώσεις των νιτρικών και των ορθοφωσφορικών ιόντων άγγιξαν τα 5 και 0.9 mg L-1 στο τέλος του πειράματος ικανοποιώντας τις αρχικές εκτιμήσεις που είχαν ληφθεί από τα πειράματα εργαστηριακής κλίμακας. Ακόμη, μελετήθηκε η εξέλιξη των μικροβιακών πληθυσμών και του pH κατά την διάρκεια του πειράματος.
Στο τελικό στάδιο πραγματοποιήθηκε μια προσπάθεια προσομοίωσης σε αντιδραστήρα συνεχούς ροής. Η μέθοδος κρίνεται ιδιαίτερα ικανοποιητική όσο αφορά την αφαίρεση των ρύπων. Με τους περιβαλλοντικούς περιορισμούς να γίνονται όλο και πιο αυστηροί, ο κόσμος της βιομηχανίας στρέφεται σε πιο προηγμένες και φιλικές προς το περιβάλλον μεθόδους. Το συγκεκριμένο σύστημα για χρόνους παραμονής μεγαλύτερους των 4 ημερών παρουσιάζει μια πολύ καλή απόκριση στην μείωση του COD σε ποσοστό μεγαλύτερο του 70 % που είναι το όριο της νομοθεσίας. Αποδείχθηκε ότι το φως αποτελεί την σημαντικότερη παράμετρο για την ανάπτυξη των κυανοβακτηρίων, αφού πρόκειται για φωτοσυνθετικούς μικροοργανισμούς.
Συνοψίζοντας, τα συστήματα αυτά δεν έχουν περιβαλλοντικό αντίκτυπο, συντελούν στην μείωση του ανθρακικού αποτυπώματος και χαρακτηρίζονται από μικρές απαιτήσεις σε ενέργεια και χαμηλό κόστος. Επιπλέον, δεν απαιτεί την παροχή αερισμού σε σύγκριση με άλλες επεξεργασίες αποβλήτων. Το οξυγόνο που χρειάζονται τα βακτήρια παρέχεται από τους φωτοσυνθετικούς μικροοργανισμούς μειώνοντας έτσι το κόστος του. Τέλος η αποτελεσματικότητα του μοντέλου κρίνεται αρκετά ικανοποιητική για τις δεδομένες συνθήκες ανάπτυξης, αποτελώντας την βάση για πολυπλοκότερα συστήματα ανάπτυξης σε μελλοντικές έρευνες. |
author2 |
Trochatos, Christos |
author_facet |
Trochatos, Christos Τροχάτος, Χρήστος |
author |
Τροχάτος, Χρήστος |
author_sort |
Τροχάτος, Χρήστος |
title |
Μοντελοποίηση επεξεργασίας υγρών αποβλήτων με συμβιωτικές καλλιέργειες κυανοβακτηρίων/βακτηρίων |
title_short |
Μοντελοποίηση επεξεργασίας υγρών αποβλήτων με συμβιωτικές καλλιέργειες κυανοβακτηρίων/βακτηρίων |
title_full |
Μοντελοποίηση επεξεργασίας υγρών αποβλήτων με συμβιωτικές καλλιέργειες κυανοβακτηρίων/βακτηρίων |
title_fullStr |
Μοντελοποίηση επεξεργασίας υγρών αποβλήτων με συμβιωτικές καλλιέργειες κυανοβακτηρίων/βακτηρίων |
title_full_unstemmed |
Μοντελοποίηση επεξεργασίας υγρών αποβλήτων με συμβιωτικές καλλιέργειες κυανοβακτηρίων/βακτηρίων |
title_sort |
μοντελοποίηση επεξεργασίας υγρών αποβλήτων με συμβιωτικές καλλιέργειες κυανοβακτηρίων/βακτηρίων |
publishDate |
2023 |
url |
https://hdl.handle.net/10889/24872 |
work_keys_str_mv |
AT trochatoschrēstos montelopoiēsēepexergasiasygrōnapoblētōnmesymbiōtikeskalliergeieskyanobaktēriōnbaktēriōn AT trochatoschrēstos modellingofwastewatertreatmentwithsymbioticculturesofcyanobacteriabacteria |
_version_ |
1771297128302247936 |
spelling |
nemertes-10889-248722023-03-25T04:34:49Z Μοντελοποίηση επεξεργασίας υγρών αποβλήτων με συμβιωτικές καλλιέργειες κυανοβακτηρίων/βακτηρίων Modelling of wastewater treatment with symbiotic cultures of cyanobacteria /bacteria Τροχάτος, Χρήστος Trochatos, Christos Καλλιέργειες μικροφυκών / κυανοβακτηρίων Βιομάζα Κινητικές παράμετροι Απόβλητα ζυθοποιίας Βιοαντιδραστήρες Μοντέλο Monod Microalgae /cyanobacteria cultures Biomass Leptolyngya sp. Kinetic parameters Brewery waste Brewery waste Monod model Η συνεχής αύξηση του ανθρώπινου πληθυσμού και αυξημένες του διατροφικές ανάγκες έχουν ως αποτέλεσμα την αυξανόμενη παραγωγή αστικών λυμάτων και αποβλήτων. Οι καλλιέργειες μικροφυκών / κυανοβακτηρίων αποτελούν μια πολλά υποσχόμενη λύση προς αυτή την κατεύθυνση, αφού παράλληλα με την επεξεργασία υγρών αποβλήτων, αποτελούν μια πολλά υποσχόμενη πηγή παραγωγής βιοκαυσίμων και προϊόντων υψηλής προστιθέμενης αξίας μέσω της διαδικασίας του βιοδιυλιστηρίου. Σε αντίθεση με τις παραδοσιακές μεθόδους βιολογικής επεξεργασίας, όπως αυτή της ενεργού ιλύος, οι μικροοργανισμοί αξιοποιούν την ηλιακή ακτινοβολία ως πηγή ενέργειας και παράγουν μεγάλες ποσότητες υψηλής αξίας βιομάζας. Στην παρούσα διπλωματική εργασία πραγματοποιήθηκε σε πρώτο στάδιο η μελέτη ενός συστήματος αιωρούμενης ανάπτυξης κάτω από διαφορετικές συνθήκες με την χρήση του μικροοργανισμού Leptolyngya sp. με κύριο στόχο την εξαγωγή κινητικών παραμέτρων. Τα πειράματα διεξήχθησαν σε φωτοαντιδραστήρες διαλείποντος έργου εργαστηριακής κλίμακας και εξετάσθηκαν ως προς την απόδοση τους στην παραγωγή βιομάζας και την αφαίρεση ανόργανων ρύπων. Στην συνέχεια πραγματοποιήθηκε η μοντελοποίηση ενός συστήματος κυανοβακτηρίων /βακτηρίων με στόχο την απορρύπανση αποβλήτων ζυθοποιίας και τα αποτελέσματα του μοντέλου επικυρώθηκαν από μία αντίστοιχη μελέτη που πραγματοποιήθηκε σε εργαστηριακή κλίμακα. Το απόβλητο που χρησιμοποιήθηκε προέρχεται από τον βιολογικό καθαρισμό του εργοστασίου της Αθηναίικης Ζυθοποιίας στην ΒΙ.ΠΕ. Πατρών με περιεκτικότητα στον μικροοργανισμό Leptolyngya sp. που ξεπερνά σε ποσοστό το 85 %. Αποδείχθηκε ότι το μοντέλο προσεγγίζει αρκετά ικανοποιητικά τις συγκεντρώσεις βιομάζας και COD μέσω των αποτελεσμάτων που λήφθηκαν, καθώς επίσης και τις συγκεντρώσεις των ανόργανων ρύπων. Ενδεικτικά μέσω της επικύρωσης των αποτελεσμάτων, το μοντέλο έδειξε ιδιαίτερα ενθαρρυντικά στοιχεία όσο αφορά την απορρύπανση καθώς τα αμμωνιακά ιόντα αφαιρούνται σε ποσοστό που αγγίζει το 100%. Το χημικά απαιτούμενο οξυγόνο μειώθηκε σε ποσοστό μεγαλύτερο του 90 % ,ενώ οι συγκεντρώσεις των νιτρικών και των ορθοφωσφορικών ιόντων άγγιξαν τα 5 και 0.9 mg L-1 στο τέλος του πειράματος ικανοποιώντας τις αρχικές εκτιμήσεις που είχαν ληφθεί από τα πειράματα εργαστηριακής κλίμακας. Ακόμη, μελετήθηκε η εξέλιξη των μικροβιακών πληθυσμών και του pH κατά την διάρκεια του πειράματος. Στο τελικό στάδιο πραγματοποιήθηκε μια προσπάθεια προσομοίωσης σε αντιδραστήρα συνεχούς ροής. Η μέθοδος κρίνεται ιδιαίτερα ικανοποιητική όσο αφορά την αφαίρεση των ρύπων. Με τους περιβαλλοντικούς περιορισμούς να γίνονται όλο και πιο αυστηροί, ο κόσμος της βιομηχανίας στρέφεται σε πιο προηγμένες και φιλικές προς το περιβάλλον μεθόδους. Το συγκεκριμένο σύστημα για χρόνους παραμονής μεγαλύτερους των 4 ημερών παρουσιάζει μια πολύ καλή απόκριση στην μείωση του COD σε ποσοστό μεγαλύτερο του 70 % που είναι το όριο της νομοθεσίας. Αποδείχθηκε ότι το φως αποτελεί την σημαντικότερη παράμετρο για την ανάπτυξη των κυανοβακτηρίων, αφού πρόκειται για φωτοσυνθετικούς μικροοργανισμούς. Συνοψίζοντας, τα συστήματα αυτά δεν έχουν περιβαλλοντικό αντίκτυπο, συντελούν στην μείωση του ανθρακικού αποτυπώματος και χαρακτηρίζονται από μικρές απαιτήσεις σε ενέργεια και χαμηλό κόστος. Επιπλέον, δεν απαιτεί την παροχή αερισμού σε σύγκριση με άλλες επεξεργασίες αποβλήτων. Το οξυγόνο που χρειάζονται τα βακτήρια παρέχεται από τους φωτοσυνθετικούς μικροοργανισμούς μειώνοντας έτσι το κόστος του. Τέλος η αποτελεσματικότητα του μοντέλου κρίνεται αρκετά ικανοποιητική για τις δεδομένες συνθήκες ανάπτυξης, αποτελώντας την βάση για πολυπλοκότερα συστήματα ανάπτυξης σε μελλοντικές έρευνες. The continuous increase of the human population and its increased nutritional needs result in the increasing production of urban wastewater and waste. Microalgae / cyanobacteria cultures are a very promising solution in this direction, since in parallel with the treatment of liquid waste, they are a very promising source of production of biofuels and products of high added value through the biorefinery process. Unlike traditional biological treatment methods, such as activated sludge, microorganisms utilize solar radiation as an energy source and produce large amounts of high value biomass. In this thesis, the study of a suspension growth system under different conditions was carried out in the first stage using the microorganism Leptolyngya sp. with the main purpose of exporting kinetic parameters. This procedure was performed for the first time to determine the constants of the Monod model for the specific microorganism since no similar experiments were observed in the conditions described below in the bibliography. The experiments were performed on laboratory-scale intermittent project photo-reactors and were tested for their efficiency in biomass production and removal of inorganic pollutants. Moreover, a system with a cyanobacteria / bacterial consortium was modeled to decontaminate brewery waste and the results of the model were validated by a corresponding laboratory-scale study. The waste used comes from the biological treatment of the factory of the Athenian Brewery in the Industrial Area of Patras with content of the microorganism Leptolyngya sp. which exceeds 85%. It turned out that the model approaches the concentrations of biomass and COD quite satisfactorily through the results obtained, as well as the concentrations of inorganic pollutants. Indicatively through the validation of the results, the model showed particularly encouraging data regarding the decontamination as the ammonia ions are removed at a rate approaching 100%. Chemically required oxygen was reduced by more than 90%, while nitrate and orthophosphate ion concentrations reached 5 and 0.9 mg L-1 at the end of the experiment, satisfying the initial estimates obtained from laboratory-scale experiments. The evolution of microbial populations and pH during the experiment were also studied. In the final stage, an attempt was made to simulate experiments on a CSTR reactor. The method is considered very satisfactory in terms of the removal of pollutants. As environmental constraints become more stringent, the industrial world is turning to more advanced and environmentally friendly methods. This system for stays longer than 4 days shows a very good response to the reduction of COD by more than 70% which is the limit of the legislation. Light has been shown to be the most important parameter for the growth of cyanobacteria, as they are photosynthetic microorganisms. In summary, these systems have no environmental impact, contribute to the reduction of the carbon footprint and are characterized by low energy requirements and low costs. In addition, it does not require the provision of ventilation compared to other waste treatments. The oxygen needed by bacteria is provided by photosynthetic microorganisms, thus reducing its cost. Finally, the effectiveness of the model is considered quite satisfactory for the given development conditions, being the basis for more complex development systems in future research. 2023-03-24T10:15:50Z 2023-03-24T10:15:50Z 2021-03-08 https://hdl.handle.net/10889/24872 el application/pdf |