ΕΛΚΕ Πανεπιστημίου Δυτικής Μακεδονίας, Τμήμα Χημικών Μηχανικών, Εργαστήριο Περιβαλλοντικής Χημείας & Επεξεργασίας Υδάτων και Υγρών Αποβλήτων

31/01/2020 έως 31/12/2021

Το προτεινόμενο έργο ενίσχυσης ερευνητικών υποδομών έχει τίτλο «Αναερόβια διάταξη βιολογικής προ-επεξεργασίας και ανάκτησης ενέργειας για add-on εφαρμογές σε εγκαταστάσεις επεξεργασίας υγρών αποβλήτων», με ακρωνύμιο «Βιο-Ενεργ-on».

Έχει ως σκοπό την μελέτη των λειτουργικών παραμέτρων της add-on αναερόβιας διάταξης βιολογικής προ-επεξεργασίας για εύκολη προσαρμογή αυτής σε υπάρχουσες μονάδες επεξεργασίας υγρών αποβλήτων (ΜΕΥΑ), καθώς και την αναθεώρηση αυτών για τη δημιουργία νέων σχεδιαστικών και λειτουργικών πρακτικών.

Για την υλοποίηση του έργου, η ερευνητική ομάδα του ΕΠΧ-ΕΥΑ θα αξιοποιήσει την εμπειρία της μακροχρόνιας έρευνάς της στον τομέα του αειφορικού σχεδιασμού και λειτουργίας συστημάτων βιολογικής επεξεργασίας, ώστε να προκύψει εναλλακτική/καινοτόμος προσέγγιση στη λειτουργία των ΜΕΥΑ, για την αντιμετώπιση της αδυναμίας επεξεργασίας των δύσκολα βιοαποικοδομήσιμων (recalcitrant) και των εν δυνάμει τοξικών οργανικών συστατικών των υγρών αποβλήτων.

Για την υλοποίηση του έργου θα κατασκευαστεί και θα παραμετροποιηθεί καινοτόμος αναερόβια διάταξη βιολογικής προ-επεξεργασίας και ανάκτησης ενέργειας, για χαμηλού κόστους, add-on εφαρμογές σε εγκαταστάσεις βιολογικής επεξεργασίας υγρών αποβλήτων. Η διάταξη θα δίνει τη δυνατότητα συν-επεξεργασίας υγρών αποβλήτων με υψηλό οργανικό ρυπαντικό φορτίο, όπως απόβλητα ελαιοτριβείων, τυροκομείων, υποπροϊόντων παραγωγής βιοντίζελ, ιλύες από ΜΕΥΑ, αλλά και εν δυνάμει τοξικών οργανικών συστατικών, όπως φαινολικές ενώσεις, διασφαλίζοντας παράλληλα μειωμένη παραγωγή δευτερογενών ρύπων (αέρια του θερμοκηπίου και απορριπτόμενες ιλύες βιολογικής επεξεργασίας) και μειωμένες ενεργειακές απαιτήσεις. Επιπλέον, θα δίνει τη δυνατότητα απομάκρυνσης μεγάλου μέρους του ρυπαντικού φορτίου των υγρών αποβλήτων πριν τη δευτεροβάθμια/τριτοβάθμια επεξεργασία, ώστε να επιτυγχάνεται υψηλή απόδοση επεξεργασίας στην Β’ βαθμίδα επεξεργασίας με παράλληλη παραγωγή βιοαερίου και ενέργειας. Την αναερόβια διάταξη θα ακολουθεί ένας αερόβιος βιο-αντιδραστήρας  SBR, απαραίτητος για τον αποτελεσματικό έλεγχο της απόδοσης λειτουργίας του προτεινόμενου συστήματος ως εγκατάσταση προ-επεξεργασίας. Το αερόβιο αυτό βιολογικό σύστημα επεξεργασίας υγρών αποβλήτων θα υιοθετήσει την καινοτόμο προσέγγιση λειτουργίας σε υψηλό SRT, που μελετήθηκε σε βάθος από την ερευνητική ομάδα του ΕΠΧ-ΕΥΑ και η οποία εφαρμόστηκε επιτυχώς σε πραγματική κλίμακα για την επεξεργασία ισχυρών βιομηχανικών αποβλήτων.

Θα μελετηθούν οι σχεδιαστικές και λειτουργικές παράμετροι και οι κινητικές της εφαρμοζόμενης βιολογικής διεργασίας. Οι δοκιμές θα πραγματοποιηθούν με διάφορα υποστρώματα τροφοδοσίας (βιομηχανικά ή/και αγροδιατροφικά)  ώστε να διαπιστωθεί η λειτουργικότητα της προτεινόμενης διάταξης και οι δυνατότητες εφαρμογής της. Η  επαλήθευση ή/και επικαιροποίηση των αποτελεσμάτων θα πραγματοποιηθεί με λογισμικό προσομοίωσης (Biowin® της EnviroSim). Θα επιδιωχθεί η δημιουργία ενός πρακτικού εργαλείου ελέγχου λειτουργίας και παραμετροποίησης βιολογικών ΜΕΥΑ, στο οποίο οι λειτουργικές παράμετροι θα συσχετίζονται με τα μικροβιολογικά χαρακτηριστικά της βιομάζας. Η μικροσκοπική ανάλυση και αποτύπωση τόσο της αναερόβιας όσο και της αερόβιας βιομάζας θα πραγματοποιηθεί με σύγχρονο πολωτικό μικροσκόποιο που διαθέτει ψηφιακή κάμερα και κατάλληλο λογισμικό.

Με αυτόν τον τρόπο το έργο θα συμβάλλει στη δημιουργία χρήσιμου εργαλείου για τους ερευνητές και τους μηχανικούς που δραστηριοποιούνται στον τομέα της διαχείρισης και επεξεργασίας υγρών αποβλήτων και το οποίο θα μπορεί με απλά λογικά βήματα να απαντά στα συνηθέστερα προβλήματα που αντιμετωπίζουν οι βιολογικές ΜΕΥΑ.

Μελλοντικά, μπορεί να προκύψει η δυνατότητα τυποποίησης της προτεινόμενης add-on διάταξης για εύκολη και ευέλικτη εφαρμογή σε πλήθος βιομηχανιών που δραστηριοποιούνται στην Δυτική Μακεδονία και στον ευρύτερο Ελλαδικό χώρο (σφαγεία, τυροκομεία, ελαιοτριβεία, βιομηχανίες τροφίμων κ.α.), η οποία θα συμβάλει τη μείωση του περιβαλλοντικού αποτυπώματος.

Συνολικά, η διάταξη που θα παραμετροποιηθεί και θα μελετηθεί περιλαμβάνει:

1. Δεξαμενή μηχανικού διαμελισμού οργανικών στερεών και συσσωματωμάτων για τη δυνατότητα χρήσης εναλλακτικών υποστρωμάτων τροφοδοσίας πλέον των ΥΑ (αγροκτηνοτροφικά υπολείμματα, ισχυρά βιομηχανικά ΥΑ κ.α.) (Προσφορά 1α – Innoveco)
2. Στεγανή, δεξαμενή εξισορρόπησης/προεπεξεργασίας με ανάδευση ή/και αερισμό και δυνατότητα προσθήκης οξέος/βάσης για ρύθμιση pH, για την εξισορρόπηση του ογκομετρικού και ρυπαντικού φορτίου και την επιτάχυνση των διεργασιών υδρόλυσης, οξεογένεσης, οξικογένεσης που βελτιώνουν την απόδοση του τελικού σταδίου της μεθανογένεσης για παραγωγή βιοαερίου. (Προσφορά 1α – Innoveco)
3. Μονωμένο αναερόβιο χωνευτήρα για την παραγωγή βιοαερίου, με αργή ανάδευση και δυνατότητα θέρμανσης (αντιστάσεις ή κυκλοφορία ζεστού νερού), με εσωτερική διάταξη υποβοήθησης απελευθέρωσης φυσαλίδων από το ανάμεικτο υγρό και με δυνατότητα ανακυκλοφορίας προς τη δεξαμενή προ-επεξεργασίας. (Προσφορά 2α – Καμαράκης)
4. Δευτεροβάθμιο/τριτοβάθμιο αερόβιο σύστημα βιολογικής επεξεργασίας υγρών αποβλήτων τύπου διακοπτόμενης λειτουργίας (SBR) για την απομάκρυνση οργανικού φορτίου, αμμωνιακού φορτίου και αιωρούμενων στερεών. (Προσφορά 1α – Innoveco)
5. Σύστημα on-line μέτρησης και καταγραφής των ποιοτικών και ποσοτικών χαρακτηριστικών του παραγόμενου βιοαερίου. (Προσφορά 4α – Enco)
6. Σύστημα on-line μέτρησης κρίσιμων φυσικοχημικών παραμέτρων στους βιοαντιδραστήρες, όπως pH, Redox (δυναμικό οξειδοαναγωγής), διαλυμένο οξυγόνο και αγωγιμότητα. (Προσφορά 5α – BDinventions)

Με σκοπό τη διατήρηση σε χαμηλά επίπεδα του κόστους χρηματοδότησης της προτεινόμενης ερευνητικής υποδομής, διασφαλίζοντας παράλληλα την αξιοπιστία των αποτελεσμάτων, το εργαστήριο προτείνει την αναβάθμιση τριών από τις υπάρχουσες συσκευές του εργαστηρίου, αντί της προμήθειας νέων αναλυτικών οργάνων, ώστε να ανταποκρίνονται στις απαιτήσεις του έργου.

Συνεπώς, πέραν του απαραίτητου νέου εξοπλισμού, προτείνεται η αναβάθμιση τριών σύγχρονων οργάνων, με προσθήκη εξιδεικευμένων αναλυτών που θα υποστηρίξουν το έργο. Συγκεκριμένα θα απαιτηθεί αναβάθμιση: α) του Αέριου χρωματογράφουβ) του Ιοντικού χρωματογράφου και γ) του αναλυτή ολικού οργανικού άνθρακα.

Αμανατίδου Ελισάβετ, Χημικός Μηχανικός, Καθηγήτρια Τμήματος  Χημικών Μηχανικών Πανεπιστημίου Δυτικής Μακεδονίας

Τσικριτζής Λάζαρος, Χημικός Μηχανικός, Καθηγητής Τμήματος  Χημικών Μηχανικών Πανεπιστημίου Δυτικής Μακεδονίας

Ταουσανίδης Νικόλαος, Μηχανολόγος Μηχανικός, Αναπληρωτής Καθηγητής Τμήματος Μηχανολόγων Μηχανικών  Πανεπιστημίου Δυτικής Μακεδονίας

Σαμιώτης Γεώργιος, MSc, Μηχανικός Τεχνολογιών Αντιρρύπανσης, Επιστημονικός Συνεργάτης Τμήματος  Χημικών Μηχανικών Πανεπιστημίου Δυτικής Μακεδονίας

Πεκρίδης Γεώργιος, Δρ. Χημικός Μηχανικός, Επιστημονικός Συνεργάτης Τμήματος  Χημικών Μηχανικών Πανεπιστημίου Δυτικής Μακεδονίας

Τσιόπτσιας Κωνσταντίνος, Δρ. Χημικός Μηχανικός, Επιστημονικός Συνεργάτης Τμήματος  Χημικών Μηχανικών Πανεπιστημίου Δυτικής Μακεδονίας

Κουτελιάς Αλέξανδρος, Μηχανικός Τεχνολογιών Αντιρρύπανσης, Αναλυτής-Τεχνικό Προσωπικό, Συνεργάτης ΕΠΧ – ΕΥΑ

Λευτέρης Λευτέρη, Μηχανικός Τεχνολογιών Αντιρρύπανσης, Αναλυτής-Τεχνικό Προσωπικό, Συνεργάτης ΕΠΧ – ΕΥΑ