Optimizing the production of bio char from municipal and agriculture waste and environmental applications

 
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*
share



Thesis (EN)

2017 (EN)
Βελτιστοποίηση παραγωγής βιοεξανθρακώματος (biochar) από αστικά και αγροτικά απόβλητα και περιβαλλοντικές εφαρμογές του
Optimizing the production of bio char from municipal and agriculture waste and environmental applications

Χατζή, Κερασία

Καραπαναγιώτη, Χρυσή Κασσιανή
Καλαβρουζιώτης, Ιωάννης
Κομνίτσας, Κωνσταντίνος

πίνακες, σχήματα, διαγράμματα, εικόνες
This review provides an overview of biochar production technologies, biochar properties and biochar application in agriculture and environmental uses. Biochar technology seems to have a very promising future In the current study, at first, the basic pyrolysis techniques as well as the bio-fuels (bio-oil and syngass) produced as main products or byproducts, are presented and analyzed. Subsequently, the common and alternative sources for biochar production from various types of biomass feedstock are presented and also the properties and effectiveness of biochars produced from plant and animal residues, and municipal sewage sludge are described. The next section deals with the effect of biochar addition to agricultural soils on soil properties and fertility. A high number of previous studies have highlighted the benefit of using biochar as a strategy to manage soil processes and functions. Nevertheless, the relationship between biochar properties (mainly physical properties and chemical functionalities on surface) and its applicability as a soil amendment is still unclear and does not allow the establishment of the appropriate process conditions to produce a biochar with desired characteristics. Another field in which biochar exhibits great potential is in managing water pollution. Biochar seems to have great efficiency as an adsorbent for pollutants in aqueous solutions. This study focuses on recent applications of biochars in wastewater treatment. They are produced from biomass pyrolysis (slow and fast). There is a wide availability of low-cost feedstock with favorable physical/chemical characteristics. Furthermore an overview of the recent advances in the removal of heavy metals, organic pollutants (dyes, pesticides, solvents e.t.c.) and other inorganic pollutants using biochar is being attempted. Key affecting factors of adsorption efficiency such as peak temperature, pH solution, coexisted ions have been comprehensively reviewed. Also the underlying mechanisms proposed to explain the adsorption behaviors are thoroughly described. Adsorption capacities for organic and inorganic contaminants by different biochars under different operating conditions are summarized and, where possible, compared. Biochar also can be used for other environmental purposes like, as a catalyst in advanced oxidation processes or as a bulking agent in animal manure composting. Whereas biochars used in heavy metal or organic pollutants adsorption, constitute a financial and environmental problem. Biochar modification is a innovative process that aims to improve the biochars efficiency as adsorbents and soil amendments. Typical modification examples are, biochar magnetized with MgO and FeO as well as polyethilenimine (PEI) modification, with very promising results in heavy metal adsorption. Finally this study deals with the possibility of producing biochar from the anaerobically digested wastewater sludge coming from the WWP of the municipal of Larisa Greece. The biochar’s nutrients concentrations and its possible application as a fertilizer for the locally grown crops are analyzed and examined.
Η εργασία αυτή είναι μια επισκόπηση των τεχνολογιών παραγωγής βιοεξανθρακώματος, των ιδιαίτερων του χαρακτηριστικών του και των γεωργικών και περιβαλλοντικών του χρήσεων. Η τεχνολογία του βιοεξανθρακώματος φαίνεται να έχει ένα πολλά υποσχόμενο μέλλον. Αρχικά αναλύονται οι βασικές τεχνικές πυρόλυσης αλλά και τα βιοκαύσιμα (βιοέλαιο, βιοαέριο), που παράγονται ως κύρια προϊόντα ή παραπροϊόντα των τεχνικών αυτών. Στην συνέχεια (παρουσιάζονται κάποιες κοινές αλλά και εναλλακτικές λύσεις για την παραγωγή βιοεξανθρακώματος από διάφορα είδη βιομάζας.) Περιγράφονται τα χαρακτηριστικά αλλά και η αποτελεσματικότητα βιοεξανθρακωμάτων που προέρχονται από φυτικά και ζωικά υπολείμματα όπως και από ιλύες αστικών λυμάτων. Ακολουθεί η παρουσίαση δεδομένων σχετικά με τα αποτελέσματα της προσθήκης βιοεξανθρακώματος σε καλλιεργούμενα εδάφη, στις ιδιότητες των εδαφών και στη γονιμότητά τους. Υπάρχουν πολλές μελέτες στις οποίες τονίζονται τα οφέλη της χρήσης του βιοεξανθρακώματος ως μια στρατηγική για τη διαχείριση των χαρακτηριστικών και των λειτουργιών του εδάφους. Η σχέση όμως μεταξύ των ιδιοτήτων των βιοεξανθρακωμάτων (κυρίως φυσικές ιδιότητες και χημικές λειτουργίες της επιφάνειάς τους) και της εφαρμοσιμότητάς τους ως τροποιητικά (πρόσθετα) εδάφους δεν είναι τόσο ξεκάθαρη, γι αυτό δεν είναι εύκολο να καθιερωθούν οι κατάλληλες συνθήκες παραγωγής ενός βιοεξανθρακώματος με τα επιθυμητά χαρακτηριστικά. Ένας άλλος τομέας όπου το βιοεξανθράκωμα επιδεικνύει μεγάλες δυνατότητες είναι στη διαχείριση ρυπασμένων υδάτων. Αποδεικνύεται ένας πολύ καλός προσροφητής για την απομάκρυνση ρύπων από υδατικά διαλύματα. Η εργασία αυτή επικεντρώνεται σε πρόσφατες εξελίξεις στην εφαρμογή βιοεξανθρακωμάτων για την αποκατάσταση ρυπασμένων υδάτων. Η παραγωγή τους γίνεται με αργή ή ταχεία πυρόλυση διαφόρων ειδών βιομάζας Υπάρχει μεγάλη διαθεσιμότητα σε ότι αφορά τις πρώτες ύλες, οι οποίες είναι χαμηλού κόστους και με επιθυμητά φυσικοχημικά χαρακτηριστικά. Επιχειρείται μια επισκόπηση των μέχρι τώρα χρήσεων και των πρόσφατων εξελίξεων στην απομάκρυνση από υδατικά διαλύματα βαρέων μετάλλων, οργανικών ρύπων (χρωστικές, φυτοφάρμακα, διαλύτες) αλλά και ανόργανων ρύπων όπως φωσφορικά και φθόριο. Εξετάζονται οι παράγοντες κλειδιά που επηρεάζουν τη διαδικασία όπως η θερμοκρασία πυρόλυσης του βιοεξανθρακώματος, το pH του διαλύματος, η συνύπαρξη ή μη άλλων ιόντων στο διάλυμα και άλλοι. Επιπλέον περιγράφονται οι υποκείμενοι μηχανισμοί που προτείνονται σε κάθε περίπτωση για την εξήγηση των συμπεριφορών προσρόφησης. Ακόμη αναφέρονται και συγκρίνονται σε κάποιες περιπτώσεις η ικανότητα προσρόφησης οργανικών και ανόργανων ρύπων από διάφορους τύπους βιοεξανθρακωμάτων, κάτω από διαφορετικές συνθήκες λειτουργίας. Το βιοεξανθράκωμα μπορεί να αξιοποιηθεί και σε άλλες περιβαλλοντικές χρήσεις όπως ως καταλύτης σε προχωρημένες διεργασίες οξείδωσης ή ως διογκωτικός παράγοντας στην κομποστοποίηση ζωικών αποβλήτων. Ενώ περιβαλλοντικό αλλά και οικονομικό πρόβλημα αποτελεί η διαχείριση βιοεξανθρακωμάτων που έχουν χρησιμοποιηθεί στην προσρόφηση βαρέων μετάλλων αλλά και διάφορων οργανικών ρύπων. Η τροποποίηση βιοεξανθρακωμάτων είναι μια καινοτόμα διαδικασία που γίνεται με στόχο τη βελτίωση της αποτελεσματικότητάς τους ως προσροφητές αλλά και ως βελτιωτικά εδάφους. Ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα τροποποίησης είναι η μαγνήτισή τους με MgO ή FeO, όπως και η τροποποίησή βιοεξανθρακωμάτων με πολυαιθυλενιμίνη (PEI) που δίνει πολύ καλά αποτελέσματα στην προσρόφηση βαρέων μετάλλων. Στο τέλος της εργασίας αυτής εξετάζεται η δυνατότητα παραγωγής βιοεξανθρακώματος από τις αναερόβια χωνευμένες ιλύες της ΕΕΛ Λάρισας. Αναλύονται οι περιεκτικότητες των θρεπτικών συστατικών και η πιθανή εφαρμογή του βιοεξανθρακώματος ως λίπασμα σε τοπικές καλλιέργειες.

Διπλωματική Εργασία / Thesis

Pollutants Adsorption
Τροποποίηση Εδαφών
Προσρόφηση Ρύπων
Μέθοδοι πυρόλυσης
Βιομάζα
Bio char
Pyrolysis Techniques
Biomass
Soil Remediation
Βιοεξανθράκωμα

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

Greek

2017-09-16
2017-10-11T09:40:53Z


Ελληνικό Ανοικτό Πανεπιστήμιο / Hellenic Open University

0
4
105



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