Αύξηση της ενεργειακής απόδοσης των λυμάτων χοιροστασίου με την προσθήκη ζεόλιθου για παραγωγή βιοαερίου στο θερμόφιλο εύρος

Abstract

The effect of the natural zeolites on anaerobic decomposition of swine waste was investigated. Especially the effect of the addition of zeolite, on different amounts, on the increase of energy yield of waste (more methane production in shorter the attribution of the energy in short time) was examined. On top of this, the impact of the addition of zeolite on the reduction of total solids as well as on the reduction of volatile solids and on BOD5 (environmental factors) was, also, investigated. Two preliminary measurements were conducted in order to be used for the design of the main experiment. The duration of each preliminary measurement was 30 days. The results of the above measurements were used as guides for both: a) the amounts of zeolite which were used in the main experiment, and b) the duration of each replication. The doses of zeolite which decided for the main experiment were 0, 4, 8, 12 g zeolite / l waste. The main experiment included 5 replications in time. The duration of each repeat was decided to last 15 days, as it was defined by the results of the preliminary measurements. Each repeat of the experiment was designed completely randomized design with equal samples and without groups. The number of treatments was 4 with 2 samples in each repeat. The reactors used were of the batch type equipped with stirring device. 5 During the experiment, the temperature was regulated at 55oC, and the measurements were taken for the following parameters: pH, BOD5, total and volatile solids, ammonia and organic nitrogen. Additionally, measurements of the amount and the composition of biogas took place. This research led to the following general conclusions: 1. An increase of energy yield, in shorter time, take place, by adding zeolite in the thermophilic production of biogas in swine wastes. Biogas production was 65 and 49,8% more in treatments with zeolite at doses 8 and 12g per l of wastes respectively comparing to those without zeolite. Also the methane production was up to 306 and 297 l per Kg of VS in treatments which zeolite was used at doses 8 and 12g per l of wastes respectively, while in the reactors without zeolite the methane production was just up to 186 l methane per Kg of VS. 2. The reduction of total and volatile solids was statistically significant. 3. The reduction of BOD5 was more than 60% and is considered as satisfactory. However, the final BOD5 concentrations are rather high in order to permit the disposal of the wastes to water, but they are close to the limits that the state allocates for the disposal into the soil. The above results seem to be derived by the addition of zeolite, which adsorbs ammonia having so an effect not only on the toxicity of ammonia and on the C/N proportion, but also on the regulation of acidity (pH) of the swine wastes. 6

Στην παρούσα εργασία μελετήθηκε η επίδραση της προσθήκης διαφορετικών ποσοτήτων φυσικού ζεόλιθου στην αναερόβια αποικοδόμηση των λυμάτων χοιροστασίου. Ειδικότερα εξετάστηκε η επίδραση της προσθήκης ζεόλιθου στην αύξηση της ενεργειακής απόδοσης των λυμάτων (μεγαλύτερη ποσότητα μεθανίου, απόδοση της ενέργειας σε σύντομο χρονικό διάστημα). Επιπλέον ερευνήθηκε η επίπτωση που είχε η εισαγωγή του ζεόλιθου στη μείωση της στερεάς ουσίας, στη μείωση των πτητικών στερεών και στη μείωση του BOD5 (περιβαλλοντικοί παράγοντες). Έγιναν 2 προκαταρτικές μετρήσεις, οι οποίες αποτέλεσαν τον οδηγό για τον σχεδιασμό του κυρίως πειράματος. Η χρονική διάρκεια κάθε προκαταρτικής μέτρησης διήρκησε 30 ημέρες. Συγκεκριμένα τα αποτελέσματα των προμετρήσεων καθόρισαν τις ποσότητες του ζεόλιθου που χρησιμοποιήθηκαν στον κυρίως πειραματισμό καθώς και τη χρονική διάρκεια κάθε επανάληψης. Οι δόσεις ζεόλιθου που χρησιμοποιήθηκαν στον κυρίως πειραματισμό ήταν 0, 4, 8, 12 g ζεόλιθου / l λυμάτων. Ο κυρίως πειραματισμός περιλάμβανε 5 χρονικές επαναλήψεις. Με βάση τα αποτελέσματα των προμετρήσεων, η χρονική διάρκεια κάθε επανάληψης ορίσθηκε στις 15 ημέρες. Σε κάθε χρονική επανάληψη το σχέδιο του πειράματος ήταν πλήρως τυχαιοποιημένο σχέδιο χωρίς ομάδες με ίσα δείγματα. Ο αριθμός των μεταχειρίσεων ήταν 4 και για κάθε μεταχείριση χρησιμοποιήθηκαν 2 δείγματα. Οι αντιδραστήρες που χρησιμοποιήθηκαν ήταν αντιδραστήρες εφάπαξ πλήρωσης (batch) με ανάδευση. Κατά τη διάρκεια του πειράματος η θερμοκρασία διατηρήθηκε στους 55oC και ελήφθησαν μετρήσεις για τις ακόλουθες παραμέτρους: Το pH, το βιοχημικά απαιτούμενο οξυγόνο (BOD5), τα ολικά (TS) και πτητικά (VS) στερεά και το αμμωνιακό και το οργανικό άζωτο. Επίσης γινόταν καθημερινή μέτρηση της παραγόμενης ποσότητας του βιοαερίου. Μετρήσεις σχετικές με την ποιοτική σύνθεση του βιοαερίου γίνονταν στο τέλος κάθε επανάληψης. Από την ερευνητική αυτή εργασία προέκυψαν τα ακόλουθα γενικά συμπεράσματα: 3