Στην παρούσα διπλωματική εργασία εξετάζονται τα χαρακτηριστικά των υποθαλάσσιων αποθέσεων της ερυθράς ιλύος που καλύπτουν τεράστια έκταση του πυθμένα του κεντρικού Κορινθιακού κόλπου και προκύπτουν ως μεταλλευτικό κατάλοιπο της επεξεργασίας βωξιτών για την παραγωγή αλουμινίου. / In the present diplomatic work are examined the characteristics of submarine red mud tailings that cover enormous extent of seabed of central corinthian gulf and result as mining residue of treatment of bauxites for the production of aluminium.

Στην παρούσα εργασία, μελετήθηκε η διεργασία αναερόβιας χώνευσης ληγμένων γαλακτοκομικών προϊόντων καθώς και η συγχώνευσή τους με αγροτοκτηνοτροφικά απόβλητα. Αρχικά πραγματοποιήθηκε ο χαρακτηρισμός των αποβλήτων και των ληγμένων γαλακτοκομικών προϊόντων που χρησιμοποιήθηκαν. Σε επόμενο στάδιο έλαβαν χώρα πειράματα Βιοχημικού Μεθανογόνου Δυναμικού (BMP) με σκοπό τον καθορισμό του μεθανογόνου δυναμικού και την αξιολόγηση των υποστρωμάτων που αργότερα θα χρησιμοποιούνταν στους μεθανογόνους CSTR αντιδραστήρες. Μελετήθηκε έτσι η επίδραση της αύξησης της ποσότητας επεξεργασμένων και ανεπεξέργαστων γαλακτοκομικών προϊόντων που αντιστοιχούσε σε αύξηση της οργανικής φόρτισης με προσθήκη γαλακτοκομικών προϊόντων για τα συστήματα συνεχούς λειτουργίας. Σύμφωνα με τα πειράματα BMP, τα υποστρώματα με οξινισμένα γαλακτοκομικά προϊόντα σημείωσαν υψηλότερα ποσοστά παραγωγής μεθανίου. Η μέγιστη απόδοση που υπολογίστηκε αντιστοιχεί σε 634.06 mL CH4/g VSadd και αφορά το μίγμα του διβάθμιου συστήματος με τη μέγιστη ποσότητα γαλακτοκομικών - οργανικής φόρτισης. Στη συνέχεια έγινε σύγκριση της λειτουργίας μονοβάθμιου και διβάθμιου συστήματος επεξεργασίας μιγμάτων αγροτοκτηνοτροφικών αποβλήτων και ληγμένων γαλακτοκομικών προϊόντων. Όσον αφορά το διβάθμιο σύστημα, αυτό αποτελούταν από έναν οξεογόνο και ένα μεθανογόνο αντιδραστήρα. Σχετικά με τον οξεογόνο CSTR αντιδραστήρα μελετήθηκε η παραγωγή υδρογόνου με αξιοποίηση ληγμένων γαλακτοκομικών προϊόντων (93% γάλακτος - 5% γιαουρτιού - 2% αναρής) σε μεσόφιλες συνθήκες, pH 5.7 και σε δύο υδραυλικούς χρόνους παραμονής HRT 3d και 6d. Για HRT 3d σημειώθηκε παρεμπόδιση του συστήματος λόγω συσσώρευσης γαλακτικού οξέος. Η αύξηση του HRT σε 6 ημέρες ήταν αρκετή ώστε να αποφευχθεί η συσσώρευση του γαλακτικού οξέος και να διατηρηθεί ο μικροβιακός πληθυσμός με σκοπό να υπάρχει αξιοσημείωτη παραγωγή υδρογόνου. Η μέγιστη απόδοση σε υδρογόνο επιτεύχθηκε για υδραυλικό χρόνο παραμονής 3 ημερών και υπολογίστηκε ίση με 0.757 mol H2 / mol καταναλισκόμενων υδατανθράκων, ενώ η απόδοση σε υδρογόνο ήταν ελαφρώς χαμηλότερη για HRT 6d (0.676 molH2 /mol καταναλισκόμενων υδατανθράκων). Στη συνέχεια συγκρίνοντας τη λειτουργία των δύο μεθανογόνων αντιδραστήρων παρατηρούνται σημαντικές διαφορές στην παραγωγικότητα σε βιοαέριο και μεθάνιο. Ειδικότερα, ο μεθανογόνος αντιδραστήρας του διβάθμιου συστήματος ανέδειξε υψηλότερους ρυθμούς παραγωγής βιοαερίου και μεθανίου σε όλα τα μελετώμενα σενάρια. Συγκεκριμένα, όσον αφορά το διβάθμιο αντιδραστήρα οι συντελεστές απόδοσης μεθανίου αυξάνονται με αύξηση του οργανικού φορτίου, με μεγαλύτερη τιμή αυτή των 513.51 mL CH4/g VSadd για την περίπτωση επεξεργασίας του μίγματος με την υψηλότερη οργανική φόρτιση. Από την άλλη μεριά, ο μονοβάθμιος αντιδραστήρας παρουσιάζει την μέγιστη απόδοση σε μεθάνιο για την περίπτωση της αύξησης της οργανικής φόρτισης κατά 40% και υπολογίστηκε ίση με 261.08 mL CH4/g VSadd. (όταν ο αντίστοιχος συντελεστής απόδοσης στο διβάθμιο είναι 386.07 mL CH4/g VSadd). Η μέση περιεκτικότητα του βιοαερίου σε μεθάνιο σε και για τους δύο αντιδραστήρες ανέρχεται σε 63.48%. Επιπλέον αξίζει να σημειωθεί ότι και για τους δύο μεθανογόνους αντιδραστήρες δεν παρουσιάστηκε παρεμπόδιση στη λειτουργία τους παρά τα υψηλά επίπεδα αμμωνίας, τα οποία αγγίζουν τα όρια παρεμπόδισης στο στάδιο της μεθανογένεσης (Hansen et al., 1998), (Benabdallah El Hadj et al., 2009). Τα παραπάνω αποτελέσματα υποδεικνύουν ότι για την επεξεργασία των συγκεκριμένων αποβλήτων-προϊόντων μέσω της διαδικασίας της αναερόβιας συγχώνευσης προτιμάται η χρήση του διβάθμιου συστήματος. Η άποψη αυτή ενισχύεται και αν υπολογίσει κάποιος και τα οφέλη από την παραγωγή του υδρογόνου μέσω της οξεογένεσης των ληγμένων γαλακτοκομικών προϊόντων. Κρίνοντας από τα χαρακτηριστικά των εκροών των μεθανογόνων αντιδραστήρων καλό θα ήταν να εφαρμοστούν στη συνέχεια περαιτέρω μέθοδοι επεξεργασίας τους για μεγαλύτερη μείωση του οργανικού φορτίου ή/και εκμετάλλευση της πλούσιας απορροής σε αμμωνία και φώσφορο για παραγωγή πλούσιων εδαφοβελτιωτικών. Έτσι στη συνέχεια μελετήθηκε η περαιτέρω επεξεργασία του υγρού κλάσματος της απορροής μέσω συστήματος μεμβρανών διήθησης και η επεξεργασία του στερεού κλάσματος με τη διαδικασία του vermin-composting για παραγωγή εδαφοβελτιωτικού. Στο τελικό διήθημα από τις μεμβράνες υπολογίστηκε μείωση του COD κατά 86.4% και των στερεών κατά 51.5% και έτσι μπορεί να χρησιμοποιηθεί στην άρδευση γεωργικών εκτάσεων, ενώ το συμπύκνωμα για να καλύψει απαιτήσεις σε νερό κατά τη διαδικασία της κομποστοποίησης (π.χ. έλεγχος υγρασίας). Το τελικό προϊόν της κομποστοποίησης είναι σταθεροποιημένο και πλούσιο σε Ν, P, Κ συστατικά. Συγκεκριμένα υπολογίστηκε πως το τελικό εδαφοβελτιωτικό διέθετε ολικό άζωτο (TKN) αυξημένο κατά 85.92%, ολικό φώσφορο (ΤΡ) κατά 52.44% και ολικό κάλιο (ΤΚ) κατά 123.7%. Τέλος έλαβε χώρα η μελέτη της επίδρασης του pH στην παραγωγή υδρογόνου από ληγμένα γαλακτοκομικά απόβλητα σε αντιδραστήρα συνεχούς λειτουργίας (CSTR) και σε μεσόφιλες συνθήκες (37οC) με υδραυλικό χρόνο παραμονής HRT 6d. Τα εξαγόμενα αποτελέσματα έδειξαν πως η μέγιστη απόδοση σε παραγωγή υδρογόνου σημειώθηκε για τιμή pH 5 και ήταν ίση με 1.268 mol H2/mol CHκαταν.. Ο ρυθμός παραγωγής υδρογόνου που μετρήθηκε σε αυτό το pH ήταν 0.851 LH2/LR•d. Το γαλακτικό οξύ ανιχνεύθηκε ως το κυρίαρχο ενδιάμεσο προϊόν, ενώ το βουτυρικό ως το κυρίαρχο τελικό μεταβολικό προϊόν σε όλα τα CSTR πειράματα μελέτης της επίδρασης του pH. Η αυξημένη παραγωγή υδρογόνου παρατηρήθηκε ότι συνδέεται κυρίως με την κατανάλωση του γαλακτικού οξέος με ταυτόχρονη παραγωγή του βουτυρικού οξέος και υδρογόνου. Ύστερα από λήψη και επεξεργασία αρκετών εργαστηριακών αποτελεσμάτων σχεδιάστηκε και κατασκευάστηκε πιλοτική μονάδα παραγωγής βιοαερίου από επεξεργασία των παραπάνω αποβλήτων – γαλακτοκομικών προϊόντων. Η λειτουργία της μονάδας έδωσε μία μέση απόδοση σε μεθάνιο ίση με 353 mL CH4/g VSadd (πολύ κοντά σε συμφωνία με την αντίστοιχη εργαστηριακής κλίμακας (312 mL CH4/g VSadd). / This study focused on the valorization of End of Life Dairy Products (EoL-DPs) and agro-industrial wastes (such as Cheese Whey (CW), Liquid Cow Manure (LCM), Poultry Waste (PW), Pig Manure (PM) and Slaughter House Wastes (SHW)). Especially, this work deals with the anaerobic co-digestion of EoL-DPs with agrowastes. Therefore, initially the physicochemical characterization of the waste streams and EoL-DPs took place. Subsequently, Biochemical Methane Potential tests took place in order to determine the methane production and the suitability of a given organic substrate during its anaerobic decomposition. The BMP assay has proved to be a relatively simple and reliable method to obtain the extent and rate of organic matter conversion to methane. Different mixtures of agro wastes with acidified or not EoL-DPs were subjected. The BMP batch tests with acidified EoL-DPs presented higher methane production rates. The maximum methane production rate was 634.06 mL CH4 /g VSadd and was related to the mixture of the two stage system with the maximum percentage of treated EoL-DPs. Anaerobic digestion experiments were carried out in parallel in a two-stage and a single-stage anaerobic system. The two-stage system consisted of an acidogenic CSTR-type reactor (R1-A) fed with a mixture of EoL-DPs (93% milk-5% yogurt-2% cheese) operating at controlled pH (5.7) and a methanogenic one (R1-M) operated at a slightly alkaline uncontrolled pH (between 7-8) at a Hydraulic Retention Time (HRT) of 37 days. The single-stage system consisted of a methanogenic CSTR type reactor (R2) treating a waste mixture with the same composition as R1-M, using untreated EoL-DPs, at HRT of 37 d. All three reactors were operated under mesophilic conditions (37oC). The first phase of continuous operation aimed at optimizing the performance of the acidogenic reactor by testing the system at different HRTs, i.e. 3 and 6 days. Operating R1-A at an initial HRT of 3d resulted to a gradual increase and accumulation of lactic acid (25g/L) in the reactor and to a zero biogas and hydrogen production. HRT was thus increased to 6d aiming to recover the system’s performance. The maximum hydrogen yield 0.757 mol H2/mol carbohydrate consumed was achieved at HRT 3d, whereas hydrogen yield was slightly lower at the higher HRT 6d (0.676 mol H2/mol carbohydrate consumed) The performance of the two methanogenic reactors (R1-M and R2) was compared using raw or pasteurized SHW (70o C for 1 h) and different levels of added EoL-DPs (acidified or not respectively). Both biogas and methane productivities were increased when pasteurized SHW and high concentration of EoL-DPs was used. Concerning the methanogenic reactor of the two stage sytem (R1-M) presented higher methane yields with increasing the organic loading. The maximum calculated methane yield was 513.51 mL CH4/g VSadd and was related to the case of maximum treated organic loading. On the other hand R2 noted the maximum methane yield for the case of a 40% increment of organic loading with a value of 261.08 mL CH4/g VSadd (while the corresponding methane yield for R1-M was 386.07 mL CH4/g VSadd). The average content of methane in the biogas for both reactors was 63.48%. It’s worth noting that no inhibition was observed in the performance of both R1-M and R2 despite the prevailing high concentration of ammonia (~4 g/L) (Hansen et al., 1998), (Benabdallah El Hadj et al., 2009). All the experiment data suggest that the two-stage system exhibited a higher performance for the treatment of these types of wastes than the single-stage system. The energetic performance of the two-stage system is even higher than the single-system’s if hydrogen production during acidogenesis is taken into account. In the present work, the final effluent, obtained from the anaerobic digestion treating a mixture of agro-wastes and EoL-DPs was treated further because of the fact that was not fit for recycling or disposal to the environment. For this purpose the application of a membrane system aimed at purifying the liquid fraction of anaerobic effluent, while the solid fraction treated further in a vermicomposting procedure by the use of epigeic earthworms i.e. Eisenia foetida. By using UF and NF membranes the COD dropped at 86.4%, whereas 51.5% removal of solids was observed, resulted in a final permeate stream of high quality and suitable for irrigation. Finally, concerning the compost procedure, an important increase by 85.92% in nitrogen (TKN), 52.44% in total phosphorus (TP) and 123.7% in total potassium (TK) content was observed in the vermireactor. Finally, the effect of pH during acidogenesis of the EoL-DPs mixture in the biological production of hydrogen and volatile fatty acids was investigated. CSTR acidogenic experiments of the dairy liquid mixture (93% milk – 5% yoghurt – 2% cheese) were performed at controlled pH values (4, 4.5, 4.7, 5, 5.3, 5.7), using a solution of 6N NaOH and KOH, under mesophilic conditions (37ºC) and a hydraulic retention time (HRT) of 6 days. The obtained results showed that the optimum conversion of substrate to hydrogen and the maximum hydrogen yield of 1.268 moles H2/ moles equivalent glucose was observed at pH= 5. The biogas produced from the acidogenic reactor consisted exclusively of hydrogen and carbon dioxide and was free of methane. The hydrogen production at pH 5 was fluctuating with a mean value of 0.851 L L-1reactor d-1 at steady state. Lactic acid was detected as the main intermediate acid, while the butyric acid as the main final volatile fatty acid. The increased hydrogen production was observed that is primarily associated with the consumption of lactic acid with simultaneous production of butyric acid and hydrogen. A pilot biogas plant was designed after the analysis of the experiments’ data. Pilot plant consists of two bioreactors and operates as a two stage system of anaerobic digestion of EoL-DPs and agrowastes. The operation of pilot plant promises similar performance in terms of methane yields (353 mL CH4/g VSadd – while the laboratory one was calculates at 312 mL CH4/g VSadd).

Η ευρωπαϊκή ένωση αναγνωρίζοντας τα προβλήματα που προκαλούνται από την παρουσία ξενοβιοτικών ουσιών στην επεξεργασμενη ιλύ εκδίδει συγκεκριμένες οδηγίες σχετικά με την διάθεση της στο έδαφος. Φαρμακευτικές ουσίες ,LAS ,APE, PAE και PAHs συχνά απαντώνται σε σημαντικές ποσότητες στην ιλύ, πολλές από τις ουσίες είναι παρεμπόδιστες ενώ η επίδραση τους στην λειτουργία των αναερόβιων αντιδραστήρων είναι άγνωστη. Στην εργασία αυτή μελετήθηκε η επίδραση των ρυπαντών αυτών στην διεργασία της αναερόβιας χώνευσης καθώς και η βιοαποδόμηση τους κάτω από αναερόβιες συνθήκες. Η τριχλωζάνη και η οφλοξακίνη παρεμποδίζουν την διαδικασία τησ αναερόβιας χώνευσης αυξάνοντας τα επίπεδα της συγκέντρωσης του διαλυτού χαο. Επίσης ο διαιθυλ(2-εξυλ)φθαλικός εστέρας βιοαποδομείται μερικώς. / Problems related to agricultural recycling of sludge include the presence of pollutants including priority pollutants identified in the EU urban water directives. Pharmaceuticals,LAS ,APE, PAE and PAHs are often present in significant quantities in the sludge. many of these compounds are inhibitory, and the impact on digester performance in unknown. in this work we identify the impact of these pollutants on the anaerobic process. itself, as well as degradation of the target compounds triclosaw and ofloxacin seemed to inhibit the anaerobic digestion process, increasing the dissolved cod concentration rapidly. Dehp was partially degraded. the mass transferrate was rate limiting for functioned as a tank equalizing the concentration of the dehp troughout the solid particle.

Τα απόβλητα των ελαιοτριβείων αποτελούν ένα από τα σημαντικότερα περιβαλλοντικά προβλήματα της Μεσογείου, λόγω της άκριτης διάθεσης τους. Είναι χαρακτηριστικό ότι, περίπου το 95% της παγκόσμιας παραγωγής ελαιόλαδου παράγεται από μικρές, οικογενειακές επιχειρήσεις Μεσογειακών χωρών. Στόχος της παρούσας διατριβής ήταν η βιοτεχνολογική αξιοποίηση των αποβλήτων των ελαιοτριβείων για την αναερόβια παραγωγή υδρογόνου. Ειδικότερα, μελετήθηκε η δυνατότητα παραγωγής υδρογόνου σε μεσόφιλες συνθήκες από το ημι-στερεό υπόλειμμα διφασικών ελαιοτριβείων (ελαιοπολτός ή olive pulp) και από τα υγρά απόβλητα τριφασικών ελαιοτριβείων (OMW) με χρήση μικτής αναερόβιας καλλιέργειας μικροοργανισμών. Τα απόβλητα αραιώθηκαν με νερό βρύσης σε αναλογία όγκων 1:4 αντίστοιχα, ώστε να καταστεί δυνατή η βιολογική επεξεργασία τους. Πειράματα σε αντιδραστήρες τύπου CSTR κατέδειξαν ότι, η συνεχής μεσόφιλη αναερόβια παραγωγή υδρογόνου είναι εφικτή τόσο από αραιωμένο ελαιοπολτό (1:4) όσο και από αραιωμένο απόβλητο OMW (1:4). Η απόδοση της συνεχούς διεργασίας σε υδρογόνο από αραιωμένο ελαιοπολτό (1:4) προσδιορίστηκε μικρότερη από τη μέγιστη θεωρητική απόδοση (4 mol H2/mol γλυκόζης που καταναλώθηκε) πιθανότατα λόγω της αρνητικής επίδρασης της μερικής πίεσης του υδρογόνου. Στα πλαίσια αξιοποίησης των πειραματικών αποτελεσμάτων της παρούσας διατριβής το μαθηματικό μοντέλο αναερόβιας χώνευσης ADM1 τροποποιήθηκε κατάλληλα, ώστε να καταστεί δυνατή η περιγραφή της αναερόβιας παραγωγής υδρογόνου. Αρχικά, όλες οι κρίσιμες παράμετροι του μοντέλου προσδιορίστηκαν από τα πειραματικά δεδομένα της συνεχούς αναερόβιας παραγωγής υδρογόνου από αραιωμένο ελαιοπολτό (1:4), ενώ πειράματα διαλείποντος έργου πραγματοποιήθηκαν για την επαλήθευσή τους. Προκειμένου να εξεταστεί η εγκυρότητα του τροποποιημένου μοντέλου και η δυνατότητα αξιόπιστης περιγραφής της αναερόβιας παραγωγής υδρογόνου από απόβλητα ελαιοτριβείων, το μοντέλο χρησιμοποιήθηκε για την περιγραφή της αναερόβιας επεξεργασίας του αραιωμένου αποβλήτου OMW (1:4) με στόχο την παραγωγή υδρογόνου. Στη συνέχεια, αναπτύχθηκαν και εφαρμόστηκαν μέθοδοι προεπεξεργασίας του αραιωμένου ελαιοπολτού (1:4) (φυσικοχημικές μέθοδοι και ενζυμική υδρόλυση) με κύριο στόχο την αύξηση της συγκέντρωσης των διαλυτών υδατανθράκων του, ενώ στις περιπτώσεις που αυτό επιτεύχθηκε, διερευνήθηκε η επίδραση τους στην απόδοση της διεργασίας σε υδρογόνο. Η προσπάθεια αυτή βασίστηκε στο συμπέρασμα που προέκυψε από πειράματα διαλείποντος έργου, σύμφωνα με τα οποία, οι αδιάλυτοι υδατάνθρακες συνεισέφεραν ελάχιστα στην αναερόβια παραγωγή υδρογόνου με την εκατοστιαία κατά βάρος περιεκτικότητα τους να αντιστοιχεί περίπου στο 50% της περιεκτικότητας του αποβλήτου σε ολικούς υδατάνθρακες. Μεταξύ των φυσικοχημικών μεθόδων που εφαρμόστηκαν (προσθήκη αλκαλικού μέσου, οζονισμός, επεξεργασία με ατμό) ως βέλτιστη μέθοδος επιλέχθηκε η επεξεργασία με ατμό (1 bar, 121oC) για 60 min, καθώς οδήγησε στο μεγαλύτερο ποσοστό αύξησης των διαλυτών υδατανθράκων (περίπου 26% επί της αρχικής τους συγκέντρωσης), με το μικρότερο δυνατό οικονομικό κόστος, αυξάνοντας την απόδοση της διεργασίας σε υδρογόνο περίπου κατά 45% (εκφρασμένη ως mL Η2/g διαλυτών υδατανθράκων που καταναλώθηκαν). Τα εμπορικά διαλύματα ενζύμων Celluclast 1.5L (διάλυμα ενδο-β-γλυκανάσης) και Novozyme 188 (διάλυμα β-γλυκοσιδάσης) χρησιμοποιήθηκαν για την ενζυμική υδρόλυση του αραιωμένου ελαιοπολτού (1:4). Συμπερασματικά, πειράματα διαλείποντος έργου κατέδειξαν ότι, η απόδοση της αναερόβιας διεργασίας παραγωγής υδρογόνου από αραιωμένο ελαιοπολτό (1:4) καθίσταται βέλτιστη με την προσθήκη μόνο Celluclast 1.5L σε συγκέντρωση 50 FPU/g αδιάλυτων υδατανθράκων υποστρώματος και σε αναλογία όγκων υποστρώματος/μαγιάς μικροοργανισμών (S/X) ίση με 1 σε διεργασία ενός σταδίου. Τέλος, μελετήθηκε η επίδραση της προσθήκης του ενζύμου Celluclast 1.5L στην απόδοση της συνεχούς διεργασίας παραγωγής υδρογόνου από αραιωμένο ελαιοπολτό (1:4) στον αντιδραστήρα τύπου CSTR. / Olive mill wastes constitute one of the most important environmental problems of Mediterranean region, because of their thoughtless disposal. It is characteristic that, approximately 95% world’s olive oil production is derived from small, familiar enterprises which are mainly located in Mediterranean countries. The biotechnological exploitation of olive mill wastes for anaerobic hydrogen production was the aim of this thesis. In details, the possibility of hydrogen production from semi-solid residue derived from two-phase centrifugation process (olive pulp) and olive mill wastewater derived from three-phase centrifugation process (OMW) was examined with mixed anaerobic cultures under mesophilic conditions. The wastes were previously diluted with tap water (1:4), in order to be susceptible for biological treatment. Various experiments in CSTR type reactors showed that, the continuous mesophilic anaerobic hydrogen production is feasible from diluted olive pulp (1:4) and diluted OMW (1:4) as well. The potential of hydrogen production from diluted olive pulp (1:4) was lower than the maximum theoretical potential (4 mol H2/mol consumed glucose) probably due to the negative effect of partial pressure of hydrogen. The anaerobic digestion model No 1 (ADM1) was properly modified in order to describe the anaerobic hydrogen production. All the model’s critical parameters were determined by fitting the experimental data of continuous anaerobic hydrogen production from diluted olive pulp (1:4), while batch experiments were conducted for their verification. In order to examine the validity and the reliability of the modified model for the description of anaerobic hydrogen production from various types of olive mill wastes, it was also tested in the case of diluted ΟMW (1:4) anaerobic treatment. Pretreatment methods of diluted olive pulp (1:4) were developed and evaluated (physicochemical methods and enzyme hydrolysis) targeting to the increase of soluble carbohydrates available concentration, while in the cases where this was achieved the effect on hydrogen potential was investigated. This attempt was based on the conclusion derived from batch experiments, indicated that, the non-soluble carbohydrates contribute to anaerobic hydrogen production only to a very small extent, with their concentration correspond approximately to 50% of waste content in total carbohydrates. Among the physicochemical methods that were applied (addition of alkaline solution, ozonation, treatment with steam), the treatment with steam (1 bar, 121oC) for 60 min was selected as the optimum method, because the achieved increase in soluble carbohydrates concentration was the highest (about 26%) with the least economic cost. The potential of anaerobic hydrogen production was increased approximately 45% (expressed as mL H2/g soluble carbohydrates consumed). Two commercial enzyme solutions, Celluclast 1.5L (endo-β-glucanase) and Novozyme 188 (β-glucosidase), were used for the enzymatic hydrolysis of diluted olive pulp (1:4). Conclusively, the potential of anaerobic hydrogen production from diluted olive pulp (1:4) was optimum with the addition of Celluclast 1.5L (50 FPU/g non soluble carbohydrates from substrate) and substrate/mixed culture volume ratio (S/X) equal to 1 in one stage process (Simultaneous Saccharification and Fermentation, SSF) Finally, enzyme (Celluclast 1.5L) was added into the CSTR-type reactor in order to determine the effect in the potential of anaerobic hydrogen production from diluted olive pulp (1:4).

Τα υγρά απόβλητα ελαιοτριβείου (ΥΑΕ) παράγονται κατά την εξαγωγή του ελαιόλαδου από τα παραδοσιακά και τα φυγοκεντρικά ελαιοτριβεία τριών φάσεων. Τα ΥΑΕ έχουν διαφορετικά χαρακτηριστικά τα οποία εξαρτώνται από τη διαδικασία παραγωγής και τον τύπο των ελιών που χρησιμοποιούνται. Τα περισσότερα ελαιοτριβεία στην Ελλάδα χρησιμοποιούν την τριφασική διαδικασία εξαγωγής του ελαιόλαδου. Παρόλα αυτά, κάποια καινούρια χρησιμοποιούν τη διφασική διαδικασία εξαγωγής του ελαιολάδου. Παραδοσιακά ελαιοτριβεία συνεχίζουν να υπάρχουν, αλλά σε μικρότερη έκταση. Τα ΥΑΕ αποτελούν ένα σημαντικό πρόβλημα για την περιοχή της Μεσογείου, όπου παράγεται το 95 % της παγκόσμιας παραγωγής ελαιολάδου, εξαιτίας της υψηλής τους συγκέντρωσης σε χημικά απαιτούμενο οξυγόνο (ΧΑΟ) και της ικανότητάς τους να αντιστέκονται στη βιοαποδόμηση εξαιτίας της υψηλής τους περιεκτικότητας σε φαινολικές ενώσεις. Αυτές οι ενώσεις οφείλονται για το μαύρο χρώμα και τις φυτοτοξικές και αντιβακτηριδιακές ιδιότητες των ΥΑΕ. Διάφορες φυσικοχημικές μέθοδοι έχουν προταθεί για την επεξεργασία των ΥΑΕ, συμπεριλαμβανομένων της απλής συμπύκνωσης, της επίπλευσης και καθίζησης, της εξάτμισης και της χρήσης επιλεγμένων μεμβρανών, της ουδετεροποίησης με την προσθήκη H2SO4, της οξείδωσης με O3 και αντιδραστήριο Fenton, καθώς επίσης και την επαναχρησιμοποίηση των ΥΑΕ με διασκορπισμό σε αγροτικά εδάφη σαν λίπασμα. Σε ότι αφορά τις βιολογικές μεθόδους, οι αναερόβιες βιολογικές διεργασίες είναι ιδιαίτερα αποδοτικές εξαιτίας των γνωστών πλεονεκτημάτων που εμφανίζουν και σχετίζονται με την εξοικονόμηση ενέργειας και χημικών και της μικρής παραγωγής λάσπης, ειδικότερα όταν αφορά την επεξεργασία αποβλήτων με υψηλή συγκέντρωση ΧΑΟ. Η εποχιακή λειτουργία των ελαιοτριβείων (Νοέμβριος – Φεβρουάριος) δεν αποτελεί μειονέκτημα για τις αναερόβιες διεργασίες εξαιτίας των χαμηλών παρατηρούμενων ρυθμών αποδόμησης των μεθανογόνων μικροοργανισμών και της εύκολης επαναλειτουργίας των αναερόβιων χωνευτήρων μετά από αρκετούς μήνες μη λειτουργίας. Παρόλο που η αναερόβια χώνευση χρησιμοποιείται κατά κύριο λόγο για τη μείωση του υψηλού οργανικού φορτίου των ΥΑΕ, η παρουσία ενώσεων στα ΥΑΕ τοξικών προς τους μεθανογόνους φαίνεται να είναι ένα σημαντικό πρόβλημα για την αναερόβια επεξεργασία των ΥΑΕ. Μία προσέγγιση στο πρόβλημα θα ήταν η αραίωση του αποβλήτου ώστε να μειωθεί η συγκέντρωση των φαινολικών ενώσεων και των λιπαρών οξέων. Σε αυτή την περίπτωση εξετάζεται και η απομάκρυνση των στερών του αποβλήτου πριν την αναερόβια χώνευση. Μία δεύτερη προσέγγιση θα ήταν η εφαρμογή αερόβιας προεπεξεργασίας του αποβλήτου ώστε να απομακρυνθούν ενώσεις που είναι τοξικές για τα μεθανογόνα βακτήρια. Πιο συγκεκριμένα, ένα πρώτο στάδιο αερόβιας προεπεξεργασίας του ΥΑΕ με μύκητα λευκής σήψης, έχει προταθεί ως η πιο κατάλληλη μικροβιακή διεργασία προεπεξεργασίας για την επιλεκτική απομάκρυνση των φαινολικών. Στόχος της παρούσας διατριβής ήταν να μελετηθεί η ικανότητα του μύκητα λευκής σήψης Pleurotus ostreatus κάτω από άσηπτες ή μη συνθήκες να λειτουργήσει σε έναν καινοτόμο βιοαντιδραστήρα καθοδικής ροής και να διευρενηθεί η αποδοτικότητα εναλλακτικά της αραίωσης ή/και της προεπεξεργασίας στην αναερόβια χώνευση ΥΑΕ σε αναδευόμενο μεσόφιλο αντιδραστήρα. Επίσης, μελετήθηκε η αναερόβια χώνευση ΥΑΕ σε αντιδραστήρα τύπου ASBR και αντιδραστήρα PABR, αντίστοιχα. Μία καινοτόμος μέθοδος ακινητοποίησης των μυκήτων αποδείχτηκε κατάλληλη για την ανάπτυξη μιας αποδοτικής διεργασίας προεπεξεργασίας για την απομάκρυνση των φαινολικών. Η αναερόβια χώνευση είναι η πιο αποδοτική διεργασία για την επεξεργασία υγρών αποβλήτων ελαιοτριβείου. Παρόλα αυτά, αραίωση ή/και κάποιου τύπου προεπεξεργασία είναι απαραίτητη για την αποφυγή τοξικότητας των φαινολικών στους μεθανογόνους. Θερμική προεπεξεργασία ακολουθούμενη από καθίζηση ώστε να απομακρυνθεί το στερεό περιεχόμενο, από την άλλη, αποδείχτηκε ένας μη επιθυμητός τρόπος προεπεξεργασίας. Επιπλέον, αραιωμένο ΥΑΕ 1:1, χωρίς την απομάκρυνση των στερεών μπορεί να υποστεί επεξεργασία αποδοτικά σε υδραυλικό χρόνο παραμονής 30 ημέρες, εξασφαλίζοντας σταθερή παραγωγή βιοαερίου. Βιολογική προεπεξεργασία με μύκητα μπορεί να οδηγήσει σε σταθερή διεργασία σε υδραυλικό χρόνο παραμονής 30 ημέρες. Η αναερόβια επεξεργασία του αποβλήτου σε αντιδραστήρα ASBR είναι εφικτή με ισοδύναμο χρόνο παραμονής 30 ημερών χωρίς να αραιωθεί το απόβλητο. Η επεξεργασία σε αντιδραστήρα PABR είναι ωστόσο πιο αποδοτική εξαιτίας του σχεδόν κατά μία τάξη μεγέθους μικρότερο υδραυλικού χρόνου παραμονής (3.75 ημέρες), που αυτός μπορεί να λειτουργήσει και της μεγαλύτερης απόδοσης του σε βιοαέριο. Το αναερόβια επεξεργασμένο απόβλητο μπορεί να καταστεί κατάλληλο για διάθεση μετά από κατάλληλη επεξεργασία μεμβρανών (συνδυασμός υπερδιήθησης και αντίστροφης όσμωσης). / Olive mill wastewater (OMW) is produced during the extraction of oil from the olive fruit by the traditional mill and press process. ΟΜW has a wide range of characteristics depending on the type of the mill and the type of olive and equipment employed. Most of the mills in Greece use a 3-phase extraction process. However, some of the newer ones use the 2-phase extraction process. Traditional mills are still present but to a limited extent. OΜW treatment and disposal has become a critical environmental problem in the Mediterranean area that accounts for approximately 95% of the world olive oil production. This is because of its high organic chemical oxygen demand (COD) concentration, and because of its resistance to biodegradation due to its high content in phenolic compounds. These compounds are responsible for its dark color, and its phytotoxic and antibacterial properties. Various physico-chemical methods have been proposed for treating OMW, including simple evaporation, flotation and settling, vaporization and use of selected membranes, neutralization with addition of H2SO4, oxidation by O3 and Fenton reagent, as well as reuse of the OMW by spreading onto agricultural soil as an organic fertilizer. As far as biological processes are concerned, anaerobic biological processes are particularly suitable because of their well known advantages related to energy and chemicals saving and to the low production of sludge, especially when it comes to treatment of high COD wastewaters. The seasonal nature of the operation of olive mills (typically November to February) is not a disadvantage for anaerobic processes because the observed decay rates for methanogens are very low and a digester can be easily restarted following several months of shut-down. Although anaerobic digestion may be in principle used for reducing the high organic content of OMW, the presence of compounds toxic to methanogens in OMW appears to be a significant problem for the anaerobic digestion of OMW. One approach to the problem has been to sufficiently dilute the OMW to reduce the concentration of phenolics and fatty acids. In this case, the possibility of prior solids removal needs to be examined. A second approach has been the use of aerobic pretreatment of OMW to remove compounds that are toxic to methanogenic consortia. In particular, a preceding aerobic treatment of OMW with white-rot fungi, has been proposed as the most suitable microbial pretreatment process for the selective removal of phenolics. The aim of the present study was to study the ability of the white rot fungus Pleurotus ostreatus under aseptic or non aseptic conditions to function in a novel trickling filter immobilized fungi bioreactor and to investigate the feasibility of alternative dilution and/or pretreatment processes for the anaerobic digestion of olive-mill wastewater in a stirred tank mesophilic digester. The anaerobic digestion of OMW in an anaerobic sequencing batch reactor (ASBR) and in a periodic anaerobic baffled reactor (PABR) was also studied. A novel fungi immobilization method proved very suitable for the development of an efficient pretreatment process for phenolics removal. Anaerobic digestion is the most effective process for the treatment of olive mill wastewater. However, dilution and/or some type of pretreatment are necessary to avoid toxicity of the phenolics on the methanogens. Thermal pretreatment followed by sedimentation to remove the solids content, on the other hand proved to be an undesirable type of pretreatment. Diluted 1:1 raw OMW on the other hand, without any solids removal, can be effectively treated at an HRT of 30d, securing a stable high biogas yielding operation. Biological pre-treatment with fungi may lead to a stable process at an HRT of 30d. Anaerobic digestion of OMW using an ASBR (anaerobic sequencing batch reactor) is feasible at an equivalent HRT of 30d with the advantage that it can treat nondiluted wastewater. Treatment in a PABR, however, is much more effective as it requires an order-of –magnitude lower HRT ( 3.75 d) and yields large amounts of biogas. The anaerobically treated effluent is still not suitable for disposal. A membrane process such as reverse osmosis may be effectively used to render the anaerobically treated wastewater readily disposable.

Το πρόβληµα της διαχείρισης των ιατρικών αποβλήτων και ιδιαίτερα αυτών που χαρακτηρίζονται ως επικίνδυνα έχει οξυνθεί τα τελευταία χρόνια στην Ελλάδα. Το 10-25% των παραγόμενων ιατρικών αποβλήτων στις υγειονομικές μονάδες, θεωρούνται επικίνδυνα, με δυνατότητα πρόκλησης μίας σειράς κινδύνων για την υγεία, σε περίπτωση επαφής ή έκθεσης σε αυτά, διότι αποτελούν στις περισσότερες των περιπτώσεων φορείς παθογόνων µικροοργανισµών µε αποτέλεσµα η µη ασφαλής διάθεσή τους να εγκυμονεί σηµαντικότατους κινδύνους, όχι µόνο για το περιβάλλον, αλλά και για τη δηµόσια υγεία. Αντικείμενο της παρούσας εργασίας αποτελεί η μελέτη και η αξιολόγηση μεθόδων επεξεργασίας των επικίνδυνων ιατρικών απορριμμάτων. Ο όρος αξιολόγηση αναφέρεται στην διαδικασία επιλογής της κατάλληλης τεχνολογίας επεξεργασίας, λαμβάνοντας υπόψιν πληθώρα παραγόντων. Οι πιο διαδεδομένες μέθοδοι που θα εξεταστούν, είναι η αποτέφρωση, η αποστείρωση, η απολύμανση με μικροκύματα και η χημική απολύμανση. Σκοπός της εργασίας είναι να καταστήσει σαφές το ότι καμία μέθοδος δεν αποτελεί πανάκεια. Αντιθέτως, πρέπει να γίνεται προσεκτική επιλογή της μεθόδου, πάντα με σεβασμό στην υγεία και το περιβάλλον. / The problem of medical waste management, and especially of that which is characterized as hazardous, has increased in Greece during the last years. Hazardous medical waste is 10-25% of the total quantity of medical waste that is produced in health units. In most cases, this type of medical waste is carrier of pathogenic microorganisms. Thus, its ineffective way of disposal puts in danger the environment and the public health. This thesis is an assessment of different technologies that can manage hazardous medical waste. The term assessment refers to the choice of the appropriate technology, taking into account many different factors. The most widely used methods are incineration, sterilization, disinfection with microwave irradiation and chemical disinfection. Aim of this thesis is to make clear that there is not any technology that is really effective with all types of hazardous medical waste. Thus, we have to carefully choose the appropriate technology, always with respect to health and the environment.

Στην παρούσα μελέτη πραγματοποιήθηκε εκτίμηση της τοξικότητας των τελικών εκροών πριν και μετά το στάδιο της απολύμανσης (με τη χρήση της μεθόδους της χλωρίωσης) από το σταθμό βιολογικής επεξεργασίας των αστικών αποβλήτων της Πάτρας με την χρήση βιοδεικτών (biotest). Η μελέτη των τοξικών επιπτώσεων αυτών των εκροών και από τα δύο στάδια πραγματοποιήθηκε σε οργανισμούς-Βιοδείκτες τόσο των γλυκών όσο και αλμυρών υδάτων, όπως οι οργανισμοί Thamnocephalus platyurus και Artemia franciscana (με τη μορφή βιοτέστ Thamnotoxkit F και Artoxkit MTM αντίστοιχα), όσο και σε φυτικά είδη, όπως τα Sorghum saccharatum, Lepidum sativum και Sinapis alba (με τη μορφή Phytotoxkit). Επιπλέον έγινε ανίχνευση του μικροβιακού φορτίου πριν και μετά το στάδιο της χλωρίωσης, για την εκτίμηση της αποτελεσματικότητας της μεθόδου απολύμανσης των εκροών, καθώς και χημική ανάλυσή τους. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα της παρούσας μελέτης, οι τελικές εκροές υγρών αποβλήτων που καταλήγουν στο στάδιο της απολύμανσης, με τη μέθοδο της χλωρίωσης παρουσιάζουν μεγάλες διακυμάνσεις τόσο στις φυσικοχημικές παραμέτρους και στη συγκέντρωση βαρέων μετάλλων που μετρήθηκαν, όσο και στην τοξικότητα που μπορεί να επιφέρουν στους οργανισμούς που χρησιμοποιήθηκαν. Τα αποτελέσματα της παρούσας μελέτης έδειξαν την αποτελεσματικότητα της μεθόδου όσο αφορά τη μείωση του μικροβιακού φορτίου των τελικών εκροών. Αντίθετα, η μελέτη τοξικότητας των τελικών εκροών με τη χρήση οργανισμών τόσο του γλυκού όσο και του αλμυρού νερού (Thamnocephalus platyurus και Artemia franciscana αντίστοιχα), καθώς και σε φυτικούς οργανισμούς (Sorgum saccharatum, Sinapsis alba και Lepidum sativum) έδειξε σημαντικές εποχικές μεταβολές στην επαγωγή τοξικών φαινομένων. Συγκεκριμένα, οι εκροές (μετά το στάδιο της χλωρίωσης effluents) φαίνεται να είναι λιγότερο τοξικές για τους οργανισμούς του αλμυρού νερού, συγκριτικά με τις τοξικές επιπτώσεις που προκαλούν οι εκροές πριν το στάδιο της χλωρίωσης (influents). Αντίθετα, οι εκροές που προκύπτουν μετά το στάδιο της χλωρίωσης παρουσιάζουν μεγαλύτερη τοξικότητα σε οργανισμούς του γλυκού νερού, σε σχέση με τις επιπτώσεις που προκαλούν οι εκροές πριν το στάδιο της χλωρίωσης, ενώ παρατηρήθηκε σημαντική αναστολή της αυξητικής ικανότητας των ειδών Sorgum saccharatum και Sinapsis alba σε κάθε περίπτωση. Συμπερασματικά, από τα αποτελέσματα της παρούσας μελέτης, φαίνεται η αποτελεσματικότητα της μεθόδου απολύμανσης των τελικών εκροών, όσο αφορά την απαλλαγή τους από μολυσματικούς παράγοντες, αλλά αναδεικνύονται τα προβλήματα τοξικότητας που μπορεί να επιφέρουν οι τελικές εκροές σε οργανισμούς των τελικών υδάτινων αποδεκτών (γλυκό και αλμυρό νερό), καθώς και η αναποτελεσματικότητα της χρήσης των τελικών εκροών σε δραστηριότητες όπως η άρδευση, λόγω της αναστολής που προκαλεί η χρήση τους σε φυτικούς οργανισμούς. / In this study was estimated the toxicity of the final effluents before and after the stage of disinfection (using the method of chlorination) in the wastewater treatment plant of Patras using bioindicators (biotest).The study of the toxic effects of these effluents and of the two stages was performed on organisms bioindicators both in freshwater and salt water, such as Thamnocephalus platyurus and Artemia franciscana (in the form of biotest Thamnotoxkit F and Artoxkit MTM respectively) and on plant species such as Sorghum saccharatum, Lepidum sativum and Sinapis alba (in the form of Phytotoxkit). Moreover the treated effluents were tested for microbiological parameters before and after the stage of chlorination, to assess the effectiveness of the method of disinfection of effluents, and also a chemical analysis was performed. According to the results of this study, the final effluents of wastewater that end in the process of disinfection, with the method of chlorination, vary widely both in physicochemical parameters and heavy metals that were measured, and as well the toxicity that can cause to organisms used. The results of this study showed the effectiveness of the method as regards reducing the microbial load of the final effluents. Instead, the study of final effluents toxicity using organisms of both fresh and saltwater (Thamnocephalus platyurus and Artemia franciscana, respectively) and in plant organisms (Sorgum saccharatum, Sinapsis alba and Lepidum sativum) showed significant seasonal changes in the induction of toxic reactions. Specifically, the effluents (after-chlorination effluents) seem to be less toxic for organisms of salt water, compared with the toxic effects caused by effluents before the stage of chlorination (influents). However, the effluents after the stage of chlorination are toxic in freshwater organisms compared to the effects caused by effluents before the stage of chlorination, while there was significant inhibition of growth capacity of species Sorgum saccharatum, Sinapsis alba in each case. In conclusion, the results of this study show the effectiveness of the method of disinfection of final effluents, as regards the discharge from contaminants, but highlighted the problems of toxicity that the final effluents can cause to organisms in the final water receiver (fresh and salty water), and the inefficiency of using of final effluents in activities such as irrigation, due to the inhibition caused by their use in plant organisms.

It is clear that renewable resources have received great interest from the international community during the last decades and play a crucial role in the current CO2-mitigation policy. In this regard, energy from biomass and waste is seen as one of the most dominant future renewable energy sources. Thus, organic waste i.e. animal wastes, wastewaters, energy crops, agricultural and agro-industrial residues are of specific importance since these sources do not compete with food crops in agricultural land usage. The various technologies that are available for power generation from biomass and waste can be subdivided into thermochemical, biochemical and physicochemical conversion processes. Anaerobic digestion (AD), classified within the biochemical conversion processes, is a robust process and is widely applied. Various types of biomass and waste, can be anaerobically co-digested to generate a homogeneous mixture increasing both process and equipment performance. This study focused on the valorization of agro-industrial wastes (such as olive mill wastewater (OMW), cheese whey (CW) and liquid cow manure (LCM)) and sweet sorghum stalks. Olive mills, cheese factories and cow farms are agro-industries that represent a considerable share of the worldwide economy with particular interest focused in the Mediterranean region. These industries generate millions of tons of wastewaters and large amounts of by-products, which are in many cases totally unexploited and thus dangerous for the environment. On the other hand, sweet sorghum as a lignocellulosic material represents an interesting substrate for biofuels production due to its structure and composition. Anaerobic co-digestion experiments using different mixtures of agro-industrial wastes were performed in a two-stage system consisting of two continuously stirred tank reactors (CSTRs) under mesophilic conditions (37°C). Subsequently, more mixtures were studied, where sweet sorghum was added, in order to simulate the operation of a centralized AD plant fed with regional agro-wastes which lacks OMW or/and CW due to seasonal unavailability. Two operational parameters were examined in a two-stage system, including pH and HRT. Batch experiments were performed in order to investigate the impact of controlled pH on the production of bio-hydrogen and volatile fatty acids, whereas continuous experiments (CSTRs) were conducted for the evaluation of HRT effect on hydrogen and methane production. Moreover, further exploitation of digestate from an anaerobic methanogenic reactor was studied using a combined ultrafiltration/nanofiltration system and further COD reduction was obtained. On the other hand, vermicomposting was conducted in order to evaluate the sludge transformation to compost and as a result, good results in terms of increased N-P-K concentration values were obtained. Furthermore, simulation of mesophilic anaerobic (co)-digestion of different substrates was applied, using the ADM1 modified model, where the results indicated that the modified ADM1 was able to predict reasonably well the steady-state experimental data. / Είναι φανερό ότι οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας έχουν προσελκύσει το ενδιαφέρον της διεθνούς κοινότητας τις τελευταίες δεκαετίες καθώς διαδραματίζουν καθοριστικό ρόλο στην μείωση του CO2. Η ενέργεια από βιομάζα και απόβλητα θεωρείται ως μία από τις πλέον κυρίαρχες ανανεώσιμες πηγές ενέργειας του μέλλοντος. Έτσι, τα οργανικά απόβλητα όπως κτηνοτροφικά, ενεργειακές καλλιέργειες, γεωργικά και βιομηχανικά υπολείμματα κ.ά έχουν ιδιαίτερη σημασία, δεδομένου ότι οι πηγές αυτές δεν ανταγωνίζονται με τις καλλιέργειες τροφίμων της γεωργικής γης και ωστόσο μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, θερμότητας και βιοκαυσίμων. Το αυξημένο ενδιαφέρον για τις διεργασίες που αφορούν στη μετατροπή της βιομάζας σε ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, όπως είναι η αναερόβια χώνευση, τόνωσε την έρευνα σε αυτόν τον τομέα με αποτέλεσμα την υλοποίηση ενός σημαντικού αριθμού ερευνητικών έργων για να αξιολογηθούν οι ιδανικές συνθήκες χώνευσης διαφόρων υποστρωμάτων, όπως είναι τα αγροτο-βιομηχανικά απόβλητα και οι ενεργειακές καλλιέργειες. Στη παρούσα διατριβή πραγματοποιήθηκαν πειράματα αναερόβιας συγχώνευσης χρησιμοποιώντας αγροτο-βιομηχανικά απόβλητα ή/και γλυκό σόργο. Τα αγροτο-βιομηχανικά απόβλητα, όπως είναι τα απόβλητα ελαιοτριβείου, τυροκομείου αλλά και βουστασίου, χαρακτηρίζονται από υψηλό οργανικό φορτίο και συνεπώς θεωρούνται ακατάλληλα για απευθείας διάθεση σε περιβαλλοντικούς αποδέκτες. Συγχώνευση αυτών οδήγησε σε υψηλές αποδόσεις μεθανίου κάτι το οποίο οφείλεται σε συνεργιστικές επιδράσεις όπως η συμβολή επιπλέον αλκαλικότητας, ιχνοστοιχείων, θρεπτικών κτλ. Περαιτέρω μίγματα μελετήθηκαν χρησιμοποιώντας το γλυκό σόργο με σκοπό την προσομοίωση λειτουργίας μιας κεντρικής μονάδας αναερόβιας χώνευσης, η οποία τροφοδοτείται με τοπικά απόβλητα τα οποία θα αντικατασταθούν σε περίοδο μη εποχικής διαθεσιμότητας από το γλυκό σόργο. Τα μίγματα αυτά μελετήθηκαν σε διβάθμιο σύστημα διερευνώντας την επίδραση των δύο σημαντικότερων λειτουργικών παραμέτρων (του pH και του υδραυλικού χρόνου παραμονής, HRT) στην απόδοση του συστήματος. Πιο συγκεκριμένα, πραγματοποιήθηκαν πειράματα διαλείποντος έργου προκειμένου να διερευνηθεί η επίδραση του pH στην παραγωγή υδρογόνου και μεταβολικών προϊόντων, ενώ πειράματα συνεχούς λειτουργίας διεξήχθηκαν για τη μελέτη της επίδρασης του HRT στην παραγωγή υδρογόνου και μεθανίου σε διβάθμιο σύστημα. Περαιτέρω αξιοποίηση του χωνευμένου υπολείμματος μελετήθηκε με χρήση συνδυασμένου συστήματος υπερδιήθησης/νανοδιήθησης επιτυγχάνοντας επιπρόσθετη μείωση του οργανικού φορτίου στο διήθημα. Η μετατροπή της αναερόβια χωνευμένης ιλύος σε λίπασμα αξιολογήθηκε μέσω κομποστοποίησης με γεωσκώληκες (vermi-composting) επιτυγχάνοντας ικανοποιητικά αποτελέσματα στην αύξηση των συγκεντρώσεων N-P-K. Επιπλέον, αναπτύχθηκε τροποποιημένο μοντέλο της αναερόβιας χώνευσης (ADM1) με στόχο την προσομοίωση της αναερόβιας συγχώνευσης διαφορετικών υποστρωμάτων. Τα αποτελέσματα που προέκυψαν έδειξαν ότι το μοντέλο ήταν σε θέση να προβλέψει σε ικανοποιητικό βαθμό την πορεία των πειραματικών δεδομένων.

The olive oil extraction industry represents a substantial share of the economies of Mediterranean countries but leads to serious environmental problems by producing huge amounts of wastes (by-products) within a short production period. The production rate of olive oil is about 1.4-1.8 million tonnes per year in the Mediterranean, resulting in 30 million m3 of by-products and 20 million tonnes of olive pomace. A small portion of these wastes can be used as raw materials in different industries as they contain valuable natural resources. Greece has about 2300 small-scale, rural, agro-industrial units that extract olive oil. These are generally three-phase systems and their by-products include olive mill residual solids (olive pomace and leaves) and olive mill waste water. Olive mills produce significant quantities of solid wastes with outputs of 0.35 tonnes of olive pomace and 0.05 tonnes of leaves per tonne of olives. The huge quantities of olive pomace and olive leaves produced within the short oil extraction season cause serious management problems in terms of volume and space. The solid wastes (olive pomace and olive leaves) that are produced contain almost 95% organic matter and although they could be highly beneficial to agricultural soils, it has been shown that they also contain toxic compounds and lipid which increase soil hydrophobicity and decrease water retention and infiltration rate. The soils of most Mediterranean countries have low organic matter contents (<1%) which has negative impacts on agriculture. Frequent application of composted organic residues increases soil fertility, mainly by improving aggregate stability and decreasing soil bulk density. Organic amendments play a positive role in climate change abatement by soil carbon sequestration. Recurrent use of composted materials enhances soil organic nitrogen content by up to 90%. To replenish soil organic matter content and promote eco-friendly crop production, the application of olive pomace compost could be a good solution. To examine olive mill solid waste composting, four pilot-scale experiments were carried out to produce good quality compost using three phase olive mill solid waste (olive pomace, OP) and different bulking agents such as rice husk (RH), olive leaves (OL) sawdust (SD), wood shavings (WS), and chromium treated reed plants (RP). A series of parallel experiments was carried out to examine the effect final compost quality of: (a) initial moisture content, (b) water addition during the composting process, and (c) material ratios, and to also determine the toxicity level in plants and human blood lymphocytes (genotoxicity and cytotoxicity). For each experiment, six trapezoidal bins were used with dimensions 1.26 m long, 0.68 m wide and 0.73 m deep, and a total volume of 0.62 m3. The study was carried out in the facilities of the Department of Environmental and Natural Resources Management, University of Patras, Agrinio, in a closed area to maintain controlled temperature conditions. To monitor the composting process and evaluate compost quality, physicochemical parameters (temperature, moisture content, pH, electrical conductivity, organic matter, volatile solids, total organic carbon, total nitrogen, total phosphorus, potassium, sodium, and water soluble phenols) were measured at different phases. The respirometric test (O2 uptake) was performed to determine compost stability. Experimental results showed that even after short composting periods, the quality of the final product remained high. The final product had excellent physicochemical characteristics (C/N: 12.1–17.5, germination index (GI): 88.32–164.43%, Cr: 8–10 mg/kg dry mass, that fulfill1 EU requirements and can be used as a fertilizer in organic farming. To achieve higher quality of the final product, Olive pomace should be used in higher ratios than the other materials (OL, RH, WS, SD and RP). The amount (volume of humidifying agents) and time (frequency) of moisture addition also played an important role during composting. Based on the experimental results, olive mill wastes can produce a high quality soil amendment which has no phytotoxic, genotoxic or cytotoxic effects. Nevertheless, composting duration and bulking agents and their ratios are crucial factors that determine the quality of the final product. Finally, the revision of EU regulations is proposed to include genotoxic and cytotoxic evaluation of composts that enter the human food chain. A full-scale compost unit was designed based on the experimental results. For a typical small-sized olive mill, processing 30 tonnes of olives per day for a 100-day operation period, a total area of about 850 m2 is needed to compost the mill’s entire annual waste production. / Η βιομηχανία παραγωγής ελαιόλαδου αποτελεί ένα σημαντικό κομμάτι της οικονομίας στις χώρες της Μεσογείου, προκαλώντας ταυτόχρονα σημαντικά περιβαλλοντικά προβλήματα, λόγω της παραγωγής μεγάλων ποσοτήτων αποβλήτων κατά τη σύντομη περίοδο λειτουργίας των ελαιοτριβείων. Η μέση ετήσια παραγωγή ελαιολάδου στην Μεσόγειο κυμαίνεται στους 1.4-1.8 χιλιάδες τόνους, ενώ παράγονται επίσης περίπου 30 χιλιάδες m3 παραπροϊόντων και 20 χιλιάδες τόνους ελαιοπυρήνα. Μόνο ένα μικρό μέρος αυτών των παραπροϊόντων μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως πρώτη ύλη σε διάφορες βιομηχανίες. Η Ελλάδα έχει περίπου 2300 ελαιοτριβεία μικρής κλίμακας διασπαρμένα στην ύπαιθρο. Τα ελαιοτριβεία αυτά είναι κυρίως τριφασικά και τα παραπροϊόντα τους συμπεριλαμβάνουν στερεά υπολείμματα (ελαιουρήνας και φύλλα) και υγρά απόβλητα ελαιοτριβείου. Τα ελαιοτριβεία παράγουν σημαντικές ποσότητες στερεών υπολειμμάτων παρέχοντας περίπου 0.35 τόνους ελαιοπυρήνα και 0.05 τόνους φύλλων ανά τόνο ελαιοκάρπου, παρακαλώντας σημαντικά προβλήματα στη διαχείρισης τους. Τα στερεά υπολείμματα (ελαιοπυρήνας και φύλλα) περιέχουν 95% οργανική ύλη, καθιστώντας τα δυνητικά κατάλληλα ως εδαφοβελτιωτικά, καθώς τα εδάφη των περισσότερων Μεσογειακών χωρών έχουν χαμηλή περιεκτικότητα σε οργανική ύλη (<1%) επηρεάζοντας αρνητικά την γεωργία. Τα υπολλείματα αυτά περιέχουν ωστόσο τοξικές ουσίες και έλαια, τα οποία αυξάνουν την υδροφοβικότητα του εδάφους και μειώνουν την κατακράτηση του νερού και την ρυθμό διήθησης. Έχει αποδειχθεί ότι συχνές εφαρμογές κομποστοποιημένων οργανικών υπολειμμάτων αυξάνουν την γονιμότητα του εδάφους, αυξάνοντας κυρίως τη συνολική σταθερότητα και την πυκνότητα του εδάφους. Η συχνή χρήση κομποστοποιημένων υλικών βελτιώνει την περιεκτικότητα των εδαφών σε οργανικό άζωτο του εδάφους έως και 90%. Η κομποστοποίηση ελαιοπυρήνα θα μπορούσε να αποτελέσει μια πιθανή λύση για την αναπλήρωση του περιεχομένου σε οργανική υλη των εδαφών και για την προώθηση μιας οίκοφιλικής αγροτικής παραγωγής. Για να εξεταστεί η κομποστοποιήση στερεών υπολειμμάτων ελαιοτριβείων, διεξήχθησαν 4 πειράματα πιλοτικής κλίμακας για την παραγωγή κομποστ, χρησιμοποιώντας στερεά υπολείμματα τριφασικών ελαιοτριβείων (ελαιοπυρήνας) και διαφόρους διογκωτικούς παράγοντες, όπως φλοιό ρυζιού, φύλλα ελιάς, πριονίδια, ροκανίδια, και καλάμια με υψηλή περιεκτικότητα σε χρώμιο. Σκοπός των παράλληλων πειραμάτων ήταν η εξέταση της επίδρασης στην ποιότητα του τελικού κομπόστ των: (α) αρχικού περιεχόμενου υγρασίας, (β) της προσθήκης νερού κατά την διάρκεια της κομποστοποιήσης, (γ) των ποσοστών ανάμιξης των υλικών, καθώς επίσης και ο προσδιορισμός της φυτοτοξικότητας και της γενοτοξικότητας των τελικών κομπόστ. Σε κάθε πείραμα χρησιμοποιήθηκαν 6 τραπεζοειδή πλαστικά δοχεία διαστάσεων 1.26 m σε μήκος, 0.68 m σε πλάτος και 0.73 m σε ύψος, με ολικό όγκο 0.62 m3. Οι πιλοτικές μονάδες ήταν τοποθετημένες σε κλειστό χώρο του Τμήματος Διαχείρισης Περιβάλλοντος και Φυσικών Πόρων του Πανεπιστημίου Πατρών στο Αγρίνιο, ώστε να επικρατούν σταθερές συνθήκες θερμοκρασίας. Η παρακολούθηση της κομποστοποίησης και η εκτίμηση της ποιότητας του κομπόστ, έγινε μέσω του προσδιορισμού διαφόρων φυσικοχημικών παραμέτρων (θερμοκρασία, περιεχόμενο υγρασίας, pH, ηλεκτρική αγωγιμότητα, περιεχόμενη οργανική ύλη, πτητικά στέρεα, ολικός οργανικός άνθρακας, ολικό άζωτο, ολικό φώσφορος, κάλιο, νάτριο, και ολικές φαινόλες). Για την εκτίμηση της ποιότητας του κομποστ πραγματοποιήθηκαν επίσης ρεσπιρομετρικά τεστ (κατανάλωση O2). Τα πειραματικά αποτελέσματα απέδειξαν ότι ακόμα και μετά από σύντομες περιόδους κομποστοποιήσης η ποιότητα του τελικού κομπόστ παρέμενε υψηλή. Το τελικό προϊόν είχε εξαιρετικά φυσικοχημικά χαρακτηριστικά (C/N: 12.1–17.5, δείκτης βλαστικότητας (GI): 88.32–164.43%, Cr: 8–10 mg/kg ξηρής μάζας), τα οποία είναι εντός των νομοθετικών ορίων της ΕΕ για την χρήση λιπασμάτων σε βιολογικές καλλιέργειες. Για την παραγωγή υψηλής ποιότητας κομπόστ ο ελαιοπυρήνας πρέπει να χρησιμοποιείτε σε μεγαλύτερη αναλόγια σε σχέση με τα υπόλοιπα υλικά. Η ποσότητα και η συχνότητα προσθήκης νερού παίζει επίσης σημαντικό ρόλο κατά τη κομοστοποιήση. Με βάση τα πειραματικά αποτελέσματα αποδείχθηκε ότι τα στερεά υπολείμματα ελαιοτριβείων μπορούν να παράξουν ένα υψηλής ποιότητας εδαφοβελτιωτικό, το οποίο δεν εμφανίζει φυτοτοξικότητα, γενοτοξικότητα και κυτταροτοξικότητα. Παρόλο αυτά η διάρκεια της κομποστοποίησης, οι διογκωτικοί παράγοντες και τα ποσοστά ανάμιξης των υλικών είναι κρίσιμοι παράγοντες, που επηρεάζουν την ποιότητα του τελικού προϊόντος. Επίσης αναφέρουμε ότι η νομοθεσία της ΕΕ θα πρέπει να αναθεωρηθεί συμπεριλαμβάνοντας τόσο τη γενοτοξική και την κυτταρτοξική εκτίμηση του κομπόστ πριν χρησιμοποιηθεί για βρώσιμες καλλιέργειες. Τέλος με βάση τα πειραματικά αποτελέσματα διαστασιολοήθηκε μια μονάδα πλήρους κλίμακας για την κομποστοποίηση στερεών υπολειμμάτων ελαιοτριβείου. Έτσι για ένα τυπικό μικρής κλίμακας ελαιοτριβείο, που επεξεργάζεται ημερησίως 30 τόνους ελιών και για περίοδο κομποστοποίησης 100 ημερών, χρειάζεται μια συνολική έκταση περίπου 850 m2 για τη κομπστοποίηση όλης της ετησίας ποσότητας του ελαιοπυρήνα.