Μοντελοποίηση επεξεργασίας υγρών αποβλήτων με συμβιωτικές καλλιέργειες κυανοβακτηρίων/βακτηρίων

• Κύριος συγγραφέας: Τροχάτος, Χρήστος
• Άλλοι συγγραφείς: Trochatos, Christos
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2023
• Θέματα: Καλλιέργειες μικροφυκών / κυανοβακτηρίων; Βιομάζα; Κινητικές παράμετροι; Απόβλητα ζυθοποιίας; Βιοαντιδραστήρες; Μοντέλο Monod; Microalgae /cyanobacteria cultures; Biomass; Leptolyngya sp.; Kinetic parameters; 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.