This item is provided by the institution :

Repository :
Institutional Repository of the Hellenic Open University
see the original item page
in the repository's web site and access all digital files if the item*

Thesis (EN)

2017 (EN)
Παραγωγή βιοεξανθρακώματος από ενεργό ιλύ και χρήση του ως προσροφητικό υλικό
Biochar production from activated sludge and use as an adsorber

Λαναράς, Κωνσταντίνος

Σαμαράς , Πέτρος
Γιαννακάς, Άρης
Κορδούλης, Χρήστος

Οι τεράστιες ποσότητες ενεργού ιλύος που παράγουν οι αστικές μονάδες επεξεργασίας λυμάτων καθώς και το πρόβλημα απόθεσής τους στους Χ.Υ.Τ.Α, έχει οδηγήσει την επιστήμη να αναπτύξει άλλες μεθόδους διαχείρισης της ιλύος. Μία από αυτές είναι η παραγωγή βιοεξανθρακώματος από την ιλύ με την μέθοδο της πυρόλυσης, με σκοπό να μειωθεί ο όγκος της και να χρησιμοποιηθεί σε άλλες εφαρμογές. Μια πολλά υποσχόμενη τεχνολογία είναι το παραγόμενο βιοεξανθράκωμα να χρησιμοποιηθεί ως προσροφητικό υλικό για την απομάκρυνση επικίνδυνων ρύπων, όπως βαρέα μέταλλα, από ύδατα. Η παραγωγή βιοεξανθρακώματος από ενεργό ιλύ καθώς και η χρήση του ως προσροφητικό υλικό έχει μελετηθεί αρκετά με πολύ ενθαρρυντικά αποτελέσματα. Στην παρούσα διπλωματική εργασία παρασκευάστηκαν έξι βιοεξανθρακώματα, με πρώτη ύλη ενεργό ιλύ από την μονάδα επεξεργασία Θεσσαλονίκης, με την μέθοδο της πυρόλυσης, σε τρεις διαφορετικές θερμοκρασίες και με δυο διαφορετικούς ρυθμούς θέρμανσης. Οι θερμοκρασίες πυρόλυσης ήταν 350-450 και 800oC και οι ρυθμοί θέρμανσης 25 και 50oC/min. Τα δείγματα κωδικοποιήθηκαν με βάση την θερμοκρασία πυρόλυσης και τον ρυθμό θέρμανσης ως εξής: 1Α (350oC-25oC/min), 1Β (350oC-50oC/min), 2Α (450oC-25oC/min), 2Β (450oC-50oC/min), 3Α (800oC-25oC/min) και 3Β (800oC-50oC/min). Τα υλικά χαρακτηρίστηκαν με διάφορες τεχνικές όπως φασματοσκοπία υπερύθρου (FTIR), η ειδική επιφάνεια και το μέγεθος πόρων μετρήθηκαν με την μέθοδο ΒΕΤ, ενώ προσδιορίστηκε και η τιμή pH μηδενικού φορτίου (pHpzc) με την μέτρηση του ζ-δυναμικού. Με τον χαρακτηρισμό των προσροφητικών υλικών συσχετίστηκε η δομή τους με την προσροφητική του ικανότητα. Το επόμενο βήμα ήταν η μελέτη της προσροφητικής τους ικανότητας για το κάδμιο Cd2+. Με την μελέτη της ισορροπίας, της κινητικής και της θερμοδυναμικής της προσρόφησης των βιοεξανθρακωμάτων προέκυψε ότι τα πιο αποτελεσματικά υλικά στην προσρόφηση του Cd2+ ήταν το 3Β και η Ξηρή Ιλύς, τα οποία επιλέχθηκαν για περαιτέρω μελέτη. Εξετάστηκε η επίδραση διαφόρων παραγόντων όπως η θερμοκρασία, το pH, η ποσότητα του προσροφητικού υλικού καθώς και η επίδραση ανταγωνιστικού ιόντος. Για την μελέτη της ισορροπίας της προσρόφησης χρησιμοποιήθηκαν τα μαθηματικά μοντέλα Langmuir, Freundlich και Temkin, ενώ για την μελέτη της κινητικής της προσρόφησης χρησιμοποιήθηκαν μαθηματικά μοντέλα, όπως το μοντέλο ψευδό-πρώτης τάξης, το ψευδό-δεύτερης τάξης και το μοντέλο Elovich. Με τον υπολογισμό του συντελεστή συσχέτισης R2 αξιολογήθηκε η επάρκεια αυτών των μαθηματικών μοντέλων. Τα μοντέλα που εξέφραζαν καλύτερη την ισορροπία και την κινητική της προσρόφησης ήταν το μοντέλο Langmuir και το μοντέλο ψευδό-δεύτερης τάξης αντίστοιχα για το 3Β, ενώ για την Ξηρά Ιλύ η προσρόφηση είχε καλύτερη προσαρμογή στο μοντέλο Temkin και ψευδό-δεύτερης τάξης.
The huge amounts of activated sludge produced from municipal wastewater treatment plants and the associated disposal problems in sanitary landfills, has led the scientists to develop new methods for sustainable management of activated sludge. Biochar production from activated sludge is an innovativemethod, aiming to reduce the sludge volume and to the utilization of biochar in other applications. A promising technology is the use of this biochar as an adsorber, in order to remove dangerous pollutants, such as heavy metals, from wastewater. Several studies have been published in scientific journals on this subject with encouraging results. In this thesis, six biochar samples were synthesized using activated sludge as raw material from Thessaloniki wastewater treatment plant; biochars were formed by slow pyrolysis, at three different temperatures and two different heating rates of the raw material. The pyrolysis temperatures examines were 350-450 and 800oC and the heating rates 25 and 50oC/min respectivelly. The samples coding was based on pyrolysis temperature and the heating rate as follows: 1Α (350oC-25oC/min), 1Β (350oC-50oC/min), 2Α (450oC-25oC/min), 2Β (450oC-50oC/min), 3Α (800oC-25oC/min) and 3Β (800oC-50oC/min). The materials were characterized by various techniques such as infrared spectroscopy (FTIR), specific surface area and pore size measured by the BET method, and the point of zero charge determined by the ζ-potential measurement. The material characterization was used for the correlation of structure to adsorption capacity of biochar. The next step was the study of the adsorption capacity of characterized materials for the removal of a certain heavy metal, Cd2+. The study of equilibrium, kinetics and thermodynamics revealed that the most effective adsorbents for Cd2+ removal were the 3B biochar and the dry activated sludge; these samples were selected for further study. The effect of various factors such as temperature, pH, adsorbent amount on adsorption capacity were examined, while in addition the effect in the adsorption of a competitive ion was investigated. Langmuir, Freundlich and Temkin adsorption models were applied to model the equilibrium isotherms, while pseudo-first-order, pseudo-second-order and Elovich mathematical models were applied to invole the fitting of the experimental data to these kinetic models. The adequacy of these mathematical models was evaluated by calculating the correlation coefficient R2. The models that expressed better the equilibrium and the kinetics of adsorption were the Langmuir model and the pseudo-second class model respectively for 3B, while for dry activated sludge the adsorption had a better fit to the Temkin and pseudo-second order models.
Περιέχει πίνακες και σχήματα

Διπλωματική Εργασία / Thesis

Ενεργός ιλύς
Activate sludge

Ελληνικό Ανοικτό Πανεπιστήμιο (EL)
Hellenic Open University (EN)



Ελληνικό Ανοικτό Πανεπιστήμιο / Hellenic Open University


*Institutions are responsible for keeping their URLs functional (digital file, item page in repository site)