Διερεύνηση της λειτουργίας Μικροβιακής Κυψέλης Καυσίμου για την ανάκτηση ενέργειας και την επεξεργασία υγρών αποβλήτων - Βλάχας, Κωνσταντίνος (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Πολιτικών Μηχανικών. Τομέας Υδατικών Πόρων και Περιβάλλοντος, 2016)
Η μικροβιακή κυψελίδα καυσίμου (ΜΚΚ) είναι ένας βιο-αντιδραστήρας, ο οποίος μετατρέπει απευθείας τη χημική ενέργεια ποικίλων υποστρωμάτων σε ηλεκτρική ενέργεια, μέσω μικροβιακών καταλυτικών αντιδράσεων, υπό αναερόβιες συνθήκες. Η διττή υπόστασή της τεχνολογίας, να επεξεργάζεται δηλαδή λύματα με ταυτόχρονη παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, έχει κερδίσει τα τελευταία χρόνια το ενδιαφέρον της επιστημονικής κοινότητας. Ταυτόχρονα οι υψηλές ενεργειακές απαιτήσεις των συμβατικών μονάδων επεξεργασίας υγρών αποβλήτων και οι χαμηλοί βαθμοί ανάκτησης της ενέργειας των λυμάτων που εμφανίζουν, καθιστούν την τεχνολογία Μικροβιακών Κυψελών Καυσίμων μια νέα, καινοτόμο πρόταση στη διαδικασία επεξεργασίας των λυμάτων με μη ενεργοβόρες λύσεις. Η παρούσα διπλωματική εργασία διερευνά τη λειτουργίας Μικροβιακής Κυψέλης Καυσίμου ως προς την επεξεργασία υγρών αποβλήτων και την ταυτόχρονη ανάκτηση ενέργειας από αυτά. Η έρευνα, και τα πειράματα που διεξήχθησαν, είχαν ως απώτερο σκοπό να διερευνήσουν τις δυνατότητες και τις αποδόσεις της Μικροβιακής Κυψέλης στην επεξεργασία υγρών αποβλήτων και την ανάκτηση ενέργειας,και να τις συγκρίνουν με τις υπάρχουσες μονάδες επεξεργασίας υγρών αποβλήτων. Η κυψελίδα ΜΚΚ δύο θαλάμων (τύπου Η), μελετήθηκε υπο το πρίσμα της εφαρμογής της σε μονάδες βιολογικού καθαρισμού αστικών λυμάτων και πιο συγκεκριμένα υπο το πρίσμα της εφαρμογής της αντί της αερόβιας δεξαμενής της βιολογικής βαθμίδας επεξεργασίας. Η λογική,με βάση την οποία διεξήχθη η έρευνα, βασίστηκε στη λειτουργία της συσκευής με πλήρη αντικατάσταση των ακριβών υλικών από φθηνότερα, διαμόρφωση των εξωτερικών παραμέτρων όσο είναι εφικτό πιο κοντά στις πραγματικές και περιβαλλοντικές συνθήκες ενώ ταυτόχρονα επιχειρήθηκε η σταδιακή βελτίωση της απόδοσή της, ακόμα και σε λειτουργίες μακράς διαρκείας. Οι παράμετροι απόδοσης και λειτουργίας της καινοτόμου κυψελίδας διερευνήθηκαν συνολικά σε 12 κύκλους, με επιμέρους διαφοροποιήσεις στο είδος αστικών λυμάτων (πρωτοβάθμια επεξεργασμένα, ανεπεξέργαστα, λύματα από τυρόγαλο). Παράλληλα, με τη λειτουργία της καινοτόμου διάταξης, μελετήθηκε η επίδραση διαφορετικών παραμέτρων στην απόδοση ΜΚΚ δύο θαλάμων (τύπου Η). Η εμπειρία που αποκτήθηκε από την προκειμένη λειτουργία, καθώς και τα αποτελέσματα των πειραμάτων αυτών, είναι πρωταρχικής σημασίας, καθώς αποτελούν ισχυρή ένδειξη για την αποτελεσματικότητα της τεχνολογίας στην επεξεργασία υγρών αποβλήτων, και την ανάκτηση ενέργειας, αλλά και για την ανταγωνιστικότητα της τεχνολογίας προς τις υπάρχουσες μονάδες επεξεργασίας. Ταυτόχρονα, τα αποτελέσματα που εξήχθησαν, αποτέλεσαν οδηγό για την εφαρμογή υποθετικού σεναρίου εφαρμογής της τεχνολογίας σε υπάρχουσα Εγκατάσταση επεξεργασίας Λυμάτων. ΄Ετσι λοιπόν, στα πλαίσια της παρούσας έρευνας μελετήθηκαν τόσο πρωτοβάθμια επεξεργασμένα αστικά λύματα όσο και ανεπεξέργαστα αστικά υγρά απόβλητα. Μελετήθηκαν επίσης σύνθετα πραγματικά λύματα(ορρό τυρογάλακτος). Ειδικότερα, σε σχέση με την διερεύνηση ως προς την επεξεργασία υγρών αποβλήτων, μελετήθηκαν οι παράμετροι της απομάκρυνσης ολικού και διαλυτού COD,του υδραυλικού χρόνου παραμονής (HRT), της απομάκρυνσης στερεών, ολικών και πτητικών αιωρούμενων (TSS, V SS), και οι παράμετροι της απομάκρυνσης αμμωνίας, φωσφορικών και pH. Σχετικά με τη διερεύνηση της ανάκτησης ενέργειας από τα λύματα μελετήθηκαν οι παράμετροι της ενέργειας και της ισχύος ανά μονάδα οργανικού φορτίου (kW/kgCOD και kWh/kgCOD) αλλά και οι παράμετροι της ισχύος ανά μονάδα όγκου του ανοδικού αντιδραστήρα (kW/m3) και ανά μονάδα επιφανείας του ανοδικού ηλεκτροδίου (kW/m2). Επιπρόσθετα, διεξήχθη, στο τέλος των πειραμάτων, πείραμα προσδιορισμού των βακτηριακών καλλιεργειών στο ανοδικό ηλεκτρόδιο.