Βιοενίσχυση

Η βιοενίσχυση ως λύση για την επίλυση της τοξικότητας της αμμωνίας στις μονάδες βιοαερίου.

Η προσθήκη ευεργετικών μικροοργανισμών σε αναερόβιους χωνευτές για βελτιωμένες επιδόσεις (δηλ. Βιοενίσχυση) έχει αποδειχθεί ότι μειώνει το χρόνο αποκατάστασης μετά από οργανική υπερφόρτωση ή διαταραχή τοξικότητας. Έρευνα του ΑΠΘ έδειξε ότι ο εμβολιασμός βιοαντιδραστήρα με προσαρμοσμένη μικτή καλλιέργεια μεθανογόνων πληθυσμών σε υψηλά επίπεδα αμμωνίας συντέλεσε στο να αυξηθεί σημαντικά η παραγωγή μεθανίου από απόβλητα πουλερικών και να μειωθεί ο χρόνος ολοκλήρωσης της αναερόβιας αποικοδόμησης. Επομένως, η χρήση ανεκτικών μεθανογόνων μικροοργανισμών σε υψηλές συγκεντρώσεις αμμωνίας βελτιώνει την αναερόβια αποικοδόμηση υποστρωμάτων πλούσιων σε άζωτο.

Προηγούμενη έρευνα που διεξήχθη με τη συμμετοχή του ΑΠΘ έδειξε ότι είναι δυνατή η προσαρμογή μικτών υδρογονοτροφικών πληθυσμών κάτω από σταδιακά αυξανόμενες συγκεντρώσεις NH3 έως το υψηλό επίπεδο των 7 g NH4+-N/L. Είναι γνωστό ότι η NH3 αναστέλλει κυρίως την δράση των οξικολυτικών μεθανογόνων αρχαίων, ενώ η μεταβολική οδός της οξείδωσης του οξικού οξέος ακολουθούμενη από την υδρογονοτροφική μεθανογένεση είναι πιο ανεκτική σε υψηλές συγκεντρώσεις NH3. Επομένως, είναι δυνατή η αναερόβια διαδικασία ακόμη και κάτω από υψηλές συγκεντρώσεις αμμωνίας μέσω της υδρογονοτροφικής μεθανογένεσης, σε αυτή την περίπτωση το οξικό οξύ που παράγεται θα οξειδώνεται σε CO2 και H2 το οποίο θα καταναλώνεται από τους υδρογονοτροφικούς πληθυσμούς και θα σχηματίζεται CH4.

Πράγματι, προσφάτως, αποδείχθηκε εργαστηριακά ότι είναι δυνατή η λειτουργία της βιοενίσχυσης (με χρήση προσαρμοσμένων υδρογονοτροφικών πληθυσμών) σε αντιδραστήρες διαλείποντος έργου με υψηλές συγκεντρώσεις σε NH3, χωρίς όμως επιτυχία σε συνεχούς ροής και λειτουργίας αντιδραστήρες (CSTR), λόγω έκπλυσης των μικροοργανισμών της βιοενίσχυσης από τους βιοαντιδραστήρες. Επομένως, η βιοενίσχυση είναι μία πολλά υποσχόμενη λύση στο πρόβλημα της τοξικότητας της αμμωνίας. Ωστόσο, προκειμένου να μπορεί να εφαρμοσθεί σε βιομηχανική κλίμακα πρέπει να αντιμετωπισθούν οι παρακάτω προκλήσεις: α) να γίνει η επιλογή και η ανάπτυξη των κατάλληλων μικτών μεθανογόνων υδρογονοτροφικών πληθυσμών από μια μονάδα βιοαερίου, οι οποίοι να μπορούν να ανταπεξέρχονται κάτω από μεταβαλλόμενες συνθήκες τροφοδοσίας (πραγματικές συνθήκες λειτουργίας των μονάδων βιοαερίου στον Ελλαδικό χώρο) και σε αυξημένα επίπεδα αμμωνίας, β) να βρεθεί η «κρίσιμη βιομάζα» (ελάχιστη ποσότητα) που απαιτείται για τον εμβολιασμό του βιοαντιδραστήρα προκειμένου να επιτευχθεί η βιοενίσχυση, γ) να προσδιορισθούν οι βέλτιστες συνθήκες λειτουργίας (ρυθμός οργανικής φόρτισης, χρόνος παραμονής, pH, κ.α) προκειμένου να πραγματοποιηθεί η βιοενίσχυση αλλά και να διατηρηθεί ο πληθυσμός της βιοενίσχυσης στους αντιδραστήρες συνεχούς λειτουργίας και δ) να σχεδιαστεί και να λειτουργήσει πρωτότυπος αναερόβιος αντιδραστήρας συνεχούς ροής με πραγματικές συνθήκες λειτουργίας και τροφοδοσίας όπου θα γίνει χρήση διαφορετικών υποστρωμάτων προκειμένου να διασφαλισθεί η αξιοπιστία του συστήματος κάτω από διαφορετικές συνθήκες (διαφορετικά υποστρώματα και διαφορετικές συνθήκες λειτουργίας).

Το NH3end αντιμετωπίζοντας τις παραπάνω προκλήσεις θα αναπτύξει μία καινοτόμα μέθοδο βιοενίσχυσης και διατήρησης μικτών μεθανογόνων πληθυσμών στους αναερόβιους βιοαντιδραστήρες ικανών να ανταποκρίνονται πλήρως στα σημερινά επίπεδα συγκεντρώσεων NH3 που λειτουργούν οι μονάδες βιοαερίου στην Ελλάδα. Με την ενίσχυση της αποτελεσματικότητας της αναερόβιας αποικοδόμησης θα βελτιωθούν οι περιβαλλοντικές επιδόσεις των μονάδων βιοαερίου καθώς θα αυξηθεί ο βαθμός αποικοδόμησης της οργανικής ουσίας (απόβλητα) πριν την εναπόθεση τους στον τελικό αποδέκτη. Επιπλέον, θα επιτευχθεί η λειτουργία των μονάδων στη μέγιστη απόδοση τους με τη χρήση μικρότερων ποσοτήτων οργανικής ύλης, πράγμα το οποίο συνεπάγεται, μικρότερο κόστος μεταφοράς τόσο της οργανικής ύλης προς τη μονάδα, όσο και της επεξεργασμένης οργανικής ύλης προς τον τελικό αποδέκτη. Εκτός από το οικονομικό όφελος θα μειωθεί και το περιβαλλοντικό αποτύπωμα των μονάδων καθώς θα μειωθούν οι εκπομπές σε CO2, από τη μείωση των μεταφορών.

Επιπρόσθετα των παραπάνω, για τη βελτίωση του περιβαλλοντικού αποτυπώματος των μονάδων παραγωγής βιοαερίου, στα πλαίσια του NH3end θα αναπτυχθεί μία συνδυασμένη τροποποιημένη μέθοδος όπου θα γίνεται ανάκτηση της διαλυμένης NH3 στα υγρά εκροής της μονάδας βιοαερίου υπό τη μορφή βιομάζας (φυκιών) συμβάλλοντας στη μείωση του αζώτου αλλά και του φωσφόρου στα επεξεργασμένα υποστρώματα. Περαιτέρω, το ΝΗ3END θα ενισχύσει την αυτοματοποιημένη λειτουργία των μονάδων βιοαερίου με την ανάπτυξη ενός προβλεπτικού ελεγκτή ο οποίος θα ελέγχει τις λειτουργικές παραμέτρους του βιοαντιδραστήρα βελτιστοποιώντας την διαδικασία. Ο συνδυασμός των καινοτόμων δράσεων που θα αναπτυχθούν στα πλαίσια του NH3end θα οδηγήσουν σε αύξηση της παραγωγής του μεθανίου κατά 30%. Αυτό σημαίνει ότι το ετήσιο κέρδος θα αυξηθεί κατά 45% (τα έσοδα θα αυξηθούν κατά 30%, ενώ το κόστος παραμένει το ίδιο) και για 1 MWe εγκατάσταση μονάδας βιοαερίου η περίοδος αποπληρωμής θα μειωθεί κατά 1.2 χρόνια κάνοντας την επένδυση πιο ελκυστική (1 MWe είναι μια συνηθισμένη κατάσταση στην Ελλάδα).

Μετάβαση στο περιεχόμενο