The most common strategy for handling paper mill solid waste is typically disposal in landfills. However, several drawbacks are associated with this type of solid waste management, such as increasing costs due to oil price rise, governmental restrictions on land use, and environmental concerns such as leaching of disposed contaminants into groundwater, as well as methane generation of and release to the atmosphere, thus contributing to global warming. An alternative to reduce solids prior to disposal and to recover methane as a renewable fuel is anaerobic digestion, but it is not yet clear whether such an approach is feasible in paper mills. In this study, the anaerobic digestion of paper mill waste streams was evaluated for a paper plant located in Belen, Costa Rica, to investigate up to what extent certain waste streams can be anaerobically digested, to what extent energy can be produced in the form of methane for implementation in a wastewater treatment plant and to evaluate the conditions that will favor methane generation from select waste streams. Batch assays were performed to evaluate the biodegradability of single and combined waste samples under ideal, laboratory conditions. Samples were obtained from the manufacturing plant as well as the wastewater treatment plant at the paper mill under study. The ultimate biodegradability ranged 25 to 85% in terms of volatile solids destruction, corresponding to the waste activated sludge (WAS) and Flotation Cell rejects, respectively. The COD destruction of single samples ranged from 45 to 63%, corresponding to WAS and wastewater treatment plant (WWTP) dissolved air flotation (DAF) skimmings, respectively. Methane generation ranged from 80 to 190 ml at 35oC/g COD added for all single samples (excluding underflows). In combination Feed 1 was reduced by 46 and 52% and Feed 2 by 27 and 38%, respectively. Two combinations of two single samples each (Feed 1 and 2), formulated according to plant operational data, and their solids and COD destruction as well as methane generation in semicontinuous flow anaerobic digesters were evaluated at different solids retention times (30, 20, 15, and 7 days). Nutrients (N, and P) availability as well as alkalinity in the plant waste streams were evaluated and minimum supplements were used to support an efficient anaerobic digestion process. The reactors reached stable operation at all retention times evaluated. Methanogenesis was the predominant, terminal metabolic process under anaerobic, mesophilic conditions, but the overall process rate was determined by the hydrolysis of the particulate substrate. Reactors fed with Feed 1 achieved the highest level of destruction, which amounted to 85% of phosphorus that is typically present in paper mill wastes. Alkalinity addition to the feed (3.5 mg NaHCO3/L) was necessary to maintain the reactors pH above 6.9.

<p>Possibilities for energy recovery from sludge at Chişinȃu wastewater treatment plant have been investigated and evaluated. One way of recovering energy from sludge is to produce biogas through anaerobic digestion. Which method of biogas usage that is to prefer in Chişinȃu has been evaluated from a cost-efficiency point of view. There is a possibility that a new waste incineration plant will be built next to the wastewater treatment plant, and therefore solutions that benefit from a co-operation have been discussed. The results show that biogas production would be suitable and profitable in a long time perspective if the gas is used for combined heat and power production. Though, the rather high, economical interest rates in Moldova are an obstacle for profitability.</p>

Bioenergy has the potential to reduce the world's dependence on fossil fuels, and to decrease the CO2 emissions due to fossil combustion. Lignocellulosic and algae biomass have been presented as promising feedstocks for bioenergy production. In this study, a comparative Life Cycle Assessment (LCA) has been developed to evaluate the environmental impacts associated with different energy products via different routes across the whole life of algal and lignocellulosic bioenergy. Results were compared per energy basis, the production of 1 million BTU of energy products. For the development of the comparative algae biomass conversion LCA, algal biomass was converted to liquid biofuels via a thermochemical gasification and Fisher-Tropsch Synthesis (FTS) process; and to electricity and heat via anaerobic digestion and combined heat and power (CHP) process. Overall results from the algae biomass conversion LCA showed that the process that converts algae biomass through anaerobic digestion and CHP process to electricity and heat had the highest overall environmental impact. Results also showed that the impact categories that appear to contribute the most to the overall impacts are ecotoxicity, human health non-cancer, and human health cancer. For the development of the comparative lignocellulosic biomass conversion LCA, lignocellulosic biomass was converted to ethanol and higher alcohols through thermochemical gasification and alcohol synthesis process, to liquid biofuels via thermochemical gasification and FTS process, and to liquid biofuels via a thermochemical gasification and FTS process that uses methane. Overall results from the lignocellulosic biomass conversion LCA showed that the process that converts lignocellulosic biomass into alcohols has the highest overall environmental impact. Results also showed that the impact categories that appear to contribute the most to the overall impacts are ecotoxicity, human health non-cancer, human health cancer, and global warming. This study determined that cultivated algae biomass feedstock has much higher environmental impacts compared with lignocellulosic biomass feedstock from forestation and agriculture byproducts. It was also concluded that thermochemical gasification and FTS process showed higher efficiency when converting biomass to bioenergy. In addition, the five biomass to bioenergy conversion pathways used in the development of this LCA study were compared. Results showed that the pathway with lignocellulosic biomass (feedstock), thermochemical gasification and alcohol synthesis process (conversion process), and ethanol and higher alcohols (energy products) has the largest environmental impact.

Three continuously stirred tank reactors (CSTR) were operated in semi continuous mode treating swine waste using anaerobic digestion. The reactors were used to test the effect of solid retention time (SRT) on CH4 yield, total ammonia nitrogen (TAN) concentrations, % volatile solids (VS), chemical oxygen demand (COD) and volatile fatty acids (VFA) removal, readily biodegradable COD concentration and the denitrification potential for the effluent in a biological nutrient removal (BNR) system. During Phase I of the study, the three reactors were operated at the same 28 day SRT for 16 weeks. SRTs were then changed during the 12 week Phase II period. The SRTs studied were 14, 21 and 28 days, with the same organic loading rate (OLR) of 1.88 ± 0.2 kg VS/ m3-day. The reactor with the lowest SRT (14 days) had the highest VS and VFA removal at 73.6 and 67.6% and lowest TAN concentration at 0.78 g NH4+-N/L, followed by the 21 day and 28 day reactors. This was likely due to the fast microbial growth rates and substrate utilization rates in this reactor compared with the other two. The 14 day reactor had the highest CH4 yield at 0.33 m3CH4/kg VS added and readily biodegradable COD concentration at 0.93 COD/L. The variations in CH4 yield and readily biodegradable COD concentrations between the three reactors were not statistically significant. Denitrification potential for the reactors was 1.20, 0.73 and 0.56 g COD/g N for 14, 21 and 28 day reactors, respectively, and the differences were statistically significant. None of the reactors achieved a denitrification potential of 5 g COD/g N, the amount required to use effluent of anaerobically digested swine waste as an internal carbon source in a BNR. This was attributed to operating conditions such as freezing and thawing of the raw swine waste that maximized CH4 yield and lowered the readily biodegradable COD concentration. In addition the 14 day reactor had low TAN concentrations thus increasing the denitrification potential of the centrate from that reactor.

Τα υγρά απόβλητα των ελαιοτριβείων είναι το παραπροϊόν της παραγωγικής διαδικασίας του ελαιολάδου. Η γεωργική αυτή δραστηριότητα έχει ιδιαίτερη κοινωνική και οικονομική σημασία για το πληθυσμό των ελαιοπαραγωγικών χωρών, που βρίσκονται κυρίως στη περιοχή της Μεσογείου, όπου παράγεται και το 80% περίπου της παγκόσμιας παραγωγής. Τεράστιες ποσότητες αποβλήτων παράγονται κάθε ελαιοκομική περίοδο και σε συνδυασμό με τα χαρακτηριστικά τους (υψηλή συγκέντρωση σε οργανικό φορτίο και φαινολικές ενώσεις), καθιστούν τα υγρά απόβλητα ελαιοτριβείου ένα δυσεπίλυτο πρόβλημα καθώς είναι επικίνδυνα για την απευθείας διάθεσής τους στο περιβάλλον. Μια από τις πιο αποτελεσματικές και πολλά υποσχόμενες μεθόδους επεξεργασίας υγρών αποβήτων ελαιοτριβείου (ΥΑΕ) είναι η αναερόβια χώνευση. Το ενδιαφέρον της έρευνας για την επεξεργασία των ΥΑΕ εστιάζεται στην ανάπτυξη αναερόβιων μεθόδων και βιοαντιδραστήρων που μπορούν να απομακρύνουν αποτελεσματικά υψηλά οργανικά φορτία. Ανάμεσα στις ταχύρρυθμες διεργασίες που έχουν αναπτυχθεί τα τελευταία χρόνια, οι αναερόβιοι αντιδραστήρες ανοδικής ροής που σχηματίζουν ‘κουβέρτα’ ιλύος (UASB) είναι οι πιο επιτυχημένοι. Μέσα σε ένα UASB αντιδραστήρα, οι μικροοργανισμοί προσκολλώνται μεταξύ τους σχηματίζοντας συσσωματώματα, γνωστά ως granules, τα οποία έχουν υψηλή βιοδραστηριότητα και εξαιρετική δυνατότητα καθίζησης. Στόχος αυτής της μελέτης ήταν να εκτιμηθεί η απόδοση τριών ταχύρρυθμων αναερόβιων συστημάτων, δύο αναερόβιων αντιδραστήρων με ανοδική ροή που σχηματίζουν ‘κουβέρτα’ ιλύος (UASB) και ενός υβριδικού UASB, κάτω από μεσοφιλικές συνθήκες (37oC) λειτουργίας για την επεξεργασία φυγοκεντριμένων υγρών αποβλήτων προερχόμενων από τριφασικό ελαιοτριβείο. Ο εμβολιασμός του ενός UASB πραγματοποιήθηκε με αναερόβια κροκιδωμένη λάσπη (UASB-F), ενώ στο δεύτερο και στον υβριδικό αντιδραστήρα (UASB-G και HUASB-G αντίστοιχα) χρησιμοποιήθηκε αναερόβια λάσπη που περιείχε ήδη σχηματισμένα συσσωματώματα τύπου granules. Η τροφοδοσία όλων των συστημάτων γινόταν με φυγοκεντριμένα ΥΑΕ αραιωμένα κατάλληλα με 3D-H2O, προκειμένου να αποφευχθεί παρεμπόδιση λόγω φαινολών στο σύστημα. Και οι τρεις αντιδραστήρες λειτούργησαν κάτω από όμοιες οργανικές φορτίσεις και πραγματοποιήθηκε σύγκριση της απόδοσης των συστημάτων μεταξύ τους. Πιο συγκεκριμένα στον UASB-F αντιδραστήρα επετεύχθη σταθερή λειτουργία σε υψηλότερους ρυθμούς οργανικής φόρτισης συγκριτικά με τους HUΑSB-G και UASB-G αντιδραστήρες και γενικά παρουσίασε τη μεγαλύτερη απόδοση (1.15 LCH4/Lαντμέρα-1) σε σχέση με τους άλλους δύο. Ως προς την αποδόμηση ΧΑΟ, ο UASB-F αντιδραστήρας παρουσίασε μεγαλύτερη του 50%, ενώ οι άλλοι δύο αντιδραστήρες μικρότερη του 45-50%. Ο UASB-F αντιδραστήρας λειτούργησε για 500 ημέρες και σε αυτό το διάστημα δεν παρατηρήθηκε ο σχηματισμός granules (οπτική παρατήρηση). Από την άλλη πλευρά, τα καλοσχηματισμένα granules με τα οποία εμβολιάστηκαν οι HUΑSB-G και UASB-G αντιδραστήρες έχασαν τη δομή τους (οπτική παρατήρηση) και η απόδοση των αντιδραστήρων παρέμεινε σε χαμηλά επίπεδα. / Olive Mill Wastewaters, OMW, are the byproduct of the olive oil production. The olive oil production has an economic and social impact on people of countries who produce olive oil, which are mainly located in the Mediterranean region, where 80% of the global production is produced. Large quantities of OMW are produced every year and in combination with their characteristics, they make OMW a serious problem to be solved as they are dangerous if they are disposed directly to the environment. One of the most effective and very promising method of treatment of OMW is anaerobic digestion. The interest of the research on treatment of OMW is focused on the development of anaerobic methods and biological reactors which can reduce sufficiently high organic loading rates. Among the high-rate processes that have been developed the recent years, Upflow Anaerobic Sludge Blanket, UASB, reactors are the most successful. The microorganisms form aggregates into UASB, known as granules, which have great biological activity and extraordinary sedimentation ability. The aim of this study was to estimate the production efficiency of three high-rate anaerobic systems, two UASB reactors and one hybrid UASB, under mesophilic conditions( 37oC) for the treatment of centrifuged OMW from a three-phase olive mill. One UASB inoculated with anaerobic flocculant sludge, UASB-F, while the other two, UASB-G and HUASB-G, inoculated with granulated sludge. All reactors feed consisted of centrifuged and diluted with 3D-H2O OMW in order to avoid phenols obstruction. All three reactors worked under similar organic loading rates and their production efficiency was compared. More specifically, UASB-F reactor was stable for higher loading rates compared with HUASB-G and UASB-G reactors and the higher efficiency, 1.15 LCH4/Lreactor/d, was achieved in this system. Concerning COD reduction, more than 50% was achieved in UASB-F reactor, while the percentage was lower than that in the other two reactors. UASB-F reactor worked for 500 days and granules were not formed (optical observation). on the other hand, the initial granules in UASB-G and HUASB-G reactors lost their structure (optical observation) and the efficiency of these systems was kept in low levels.

Η αναερόβια χώνευση αποτελεί στις μέρες μας μια σημαντική βιολογική διεργασία απομάκρυνσης του οργανικού φορτίου των αποβλήτων με ταυτόχρονη παραγωγή ενέργειας υπό μορφή βιοαερίου (μίγμα μεθανίου και διοξειδίου του άνθρακα). Η χρήση υποστρωμάτων φυτικής προέλευσης (βιομάζα) και κυρίως ενεργειακών φυτών έχει αποδειχθεί ότι μπορεί να δώσει υψηλές αποδόσεις σε βιοαέριο. Στη διδακτορική αυτή διατριβή μελετήθηκε η αναερόβια επεξεργασία του στερεού/υγρού αποβλήτου που προέρχεται από την αλκοολική ζύμωση του γλυκού σόργου, αλλά και η χρήση του αυτού καθ’ αυτού γλυκού σόργου, προκειμένου να εξεταστούν ο ρυθμός υδρόλυσης και αποδόμησης της οργανικής ύλης και η ικανότητα των αναερόβιων συστημάτων να επεξεργάζονται τέτοιου είδους υποστρώματα και να παράγουν ενέργεια υπό μορφή βιοαερίου. Στόχος της παρούσης εργασίας ήταν η ανάπτυξη ενός καινοτόμου διβάθμιου συστήματος αναερόβιας χώνευσης στερεών αποβλήτων και βιομάζας, όπου τα στάδια της υδρόλυσης και της μεθανογένεσης διαχωρίζονται, προκειμένου να μελετηθεί χωριστά για κάθε στάδιο η βελτιστοποίηση των συνθηκών λειτουργίας του και οι επιμέρους παράμετροι που επηρέαζαν τη διεργασία της αναερόβιας χώνευσης, με απώτερο σκοπό τη μεγιστοποίηση της παραγωγή του βιοαερίου. Τα υπολείμματα του αποβλήτου της αλκοολικής ζύμωσης του γλυκού σόργου μετά και από την απομάκρυνση της αιθανόλης με απόσταξη, αποτελούνταν από ένα δύσκολα βιοαποδομήσιμο στερεό/υγρό μίγμα υψηλής συγκέντρωσης στερεών (9% TS) και υψηλής συγκέντρωσης χημικά απαιτούμενου οξυγόνου ΧΑΟ (~115 g/l). Αρχικά, εξετάσθηκε η πιθανότητα η υδρόλυση και η χώνευση του αποβλήτου της αλκοολικής ζύμωσης του γλυκού σόργου να γίνει σε σύστημα ενός σταδίου. Οι βέλτιστες συνθήκες της αναερόβιας χώνευσης του αποβλήτου αυτού προσδιορίστηκαν χρησιμοποιώντας διαφορετικές οργανικές φορτίσεις, καταλήγοντας στο συμπέρασμα ότι η υδρόλυση των στερεών ήταν το περιοριστικό βήμα της διεργασίας. Έτσι, το απόβλητο διαχωρίστηκε σε δύο φάσεις, στερεή και υγρή, όπου μελετήθηκε χωριστά το στάδιο της υδρόλυσης και της χώνευσης, αντίστοιχα. Τα αποτελέσματα των πειραμάτων αυτών οδήγησαν στο συμπέρασμα ότι μια αποδοτική επεξεργασία του αποβλήτου απαιτεί το διαχωρισμό της στερεής από την υγρή φάση, ώστε να βελτιστοποιηθούν οι συνθήκες της αναερόβιας χώνευσης για κάθε φάση χωριστά, μεγιστοποιώντας τους διαφορετικούς ρυθμούς υδρόλυσης και αποδόμησης της στερεής και της υγρής φάσης, καταλήγοντας σε μια περισσότερο αποδοτική διάταξη αναερόβιας χώνευσης. Έτσι δημιουργήθηκε ένα σύστημα αναερόβιας χώνευσης δύο σταδίων αποτελούμενο από έναν θερμόφιλο υδρολυτικό και έναν μεσόφιλο ταχύρυθμο μεθανογόνο χωνευτήρα, όπου εξετάστηκε η απόδοση του συστήματος σε μεθάνιο. Ο ρυθμός παραγωγής μεθανίου του συστήματος έφτασε τα 16 l CH4/l αποβλήτου με συνολικό υδραυλικό χρόνο παραμονής 19d. Στη συνέχεια, το διβάθμιο αναερόβιο σύστημα που αναπτύχθηκε, χρησιμοποιήθηκε και σε πειράματα αναερόβιας χώνευσης με υπόστρωμα το γλυκό σόργο. Το ενεργειακό αυτό φυτό βιβλιογραφικά θεωρείται ως μια πολλά υποσχόμενη ανανεώσιμη πηγή ενέργειας, το οποίο κάτω από συγκεκριμένες βιολογικές διεργασίες μπορεί να δώσει υψηλές αποδόσεις ενέργειας, υπό μορφή βιοαερίου. Ένα μεγάλο μέρος του γλυκού σόργου αποτελείται από εύκολα διαλυτούς υδατάνθρακες. Έτσι πριν την αναερόβια επεξεργασία του, εφαρμόστηκε ένα στάδιο υδατικής εκχύλισης. Το εκχυλισμένο υγρό κλάσμα πλούσιο σε ΧΑΟ (14-34 g/l) και το στερεό υπόλειμμα της εκχύλισης με 20% ολικά στερεά και υψηλό ΧΑΟ (~1,2 g/g VS) τροφοδοτήθηκαν στο καινοτόμο διβάθμιο αναερόβιο σύστημα, επιτυγχάνοντας 70-80% υδρόλυση των στερεών, με ταυτόχρονα υψηλή παραγωγή μεθανίου της τάξεως του 0,63 l/l αντιδραστήρα/d και υδραυλικό χρόνο παραμονής του συστήματος 22d. Συμπερασματικά, το διβάθμιο σύστημα αναερόβιας χώνευσης λειτούργησε το ίδιο αποτελεσματικά και με τα δύο υποστρώματα, με ικανοποιητικές αποδόσεις όσον αφορά την υδρόλυση των στερεών και την παραγωγή βιοαερίου, αποδεικνύοντας έτσι και την ευρύτερη εφαρμογή του στο τομέα της παραγωγής ενέργειας από βιομάζα (ενεργειακά φυτά). Προτείνεται η μελέτη διαφόρων μαγιών, όπως είναι η αγελαδοκοπριά, η χρήση της οποίας φέρει ιδιαίτερα χαρακτηριστικά και ιδιότητες τα οποία βελτιώνουν τις αποδόσεις ως προς τη διεργασία της αναερόβιας χώνευσης του στερεού γλυκού σόργου. / In our days anaerobic digestion has received an increasing interest, as it is an effective method for the biological treatment of a variety of organic wastes, by degrading the organic matter and converting it into energy in the form of biogas (a mixture of methane and carbon dioxide). The use of biomass, especially energetic plants, as substrate has been proved that could yield a high biogas production. In this research work, the anaerobic treatment of the solid/liquid wastes from alcohol fermentation of sweet sorghum, but also the use of the cultivated sweet sorghum as substrate was investigated, in order to study the hydrolysis and degradation rates of organic matter and the ability of anaerobic systems to produce energy in the form of biogas using such solids substrates. The main aim of this work was the development of an innovative two-stage anaerobic digestion system for solid wastes and biomass, in which hydrolysis and methanogenesis was taking place in two different bioreactors (a hydrolyser and a methanizer) respectively. Hence, it was possible to investigate for each separate stage the optimal operating conditions and parameters that affect the anaerobic digestion process with the intention to maximize the biogas production. The sweet sorghum residues stream, originating from the alcoholic fermentation of sweet sorghum and the subsequent distillation step, contained high concentration of solid matter (9% TS) and thus could be characterized as a semi-solid, not easily biodegradable wastewater with high COD (115 g/l). At first, the possibility of direct hydrolysis and digestion of bioethanol process sludge (sweet sorghum residues) in a single-stage system was examined. Optimal conditions for the anaerobic digestion of this particular waste were determined using different organic loadings, concluding that solids hydrolysis was the process limiting step. Thus, in order to optimize the process performance, it was suggested to separate the solid and liquid phases of the wastewater and to treat the two streams under different operating conditions. Hence, a novel two-stage anaerobic bioreactor system consisted of a thermophilic hydrolyser and a mesophilic high-rate methaniser was made. The application of the proposed two-stage configuration achieved a methane production of 16 l/l wastewater under a hydraulic retention time of 19 days. Energetic plants such as sweet sorghum are a promising renewable energy resource. The energy contained in the chemical bonds of carbohydrates could be converted to fuels such as methane through anaerobic digestion. The anaerobic conversion of sweet sorghum to biogas was studied using the novel two-stage bioreactor system. Since a large portion of carbohydrates in sorghum were easily extractable, a water extraction step was preceded. The extracted liquid portion of sweet sorghum, rich in COD (14-34 g/l) and the remaining solid portion with 20% total solids and high COD (~1,20 g/g VS), were treated successfully in a two-stage anaerobic digestion system achieving a solids hydrolysis of 70-80% with a high simultaneous methane production on the order of 0,63 l/l reactor/d under a hydraulic retention time of 22 days. It could be concluded that using a two-stage anaerobic digestion system in treatment of organic materials with high solids concentration, performs efficiently in hydrolysis of solids and production of biogas and could be employed for energy production from biomass (such as energetic plants). Finally, a study over the use of other microbial biomasses, such as cow manure, which seems that has particular properties that improve the anaerobic digestion yields during processing of lingocellulosic materials, is proposed.

- / -

Τα υγρά απόβλητα των ελαιοτριβείων είναι το παραπροϊόν της παραγωγικής διαδικασίας του ελαιολάδου. Η γεωργική αυτή δραστηριότητα έχει ιδιαίτερη κοινωνική και οικονομική σημασία για το πληθυσμό των ελαιοπαραγωγικών χωρών, που βρίσκονται κυρίως στη περιοχή της Μεσογείου όπου παράγεται και το 95% περίπου της παγκόσμιας παραγωγής. Τεράστιες ποσότητες αποβλήτων παράγονται κάθε ελαιοκομική περίοδο και σε συνδυασμό με τα χαρακτηριστικά τους (υψηλή συγκέντρωση σε οργανικό φορτίο και φαινολικές ενώσεις), καθιστούν τα υγρά απόβλητα ελαιοτριβείου ένα δυσεπίλυτο πρόβλημα επικίνδυνα για την απευθείας διάθεσής τους στο περιβάλλον. Στόχος της παρούσας μελέτης, ήταν ο συνδυασμός μεθόδων επεξεργασίας των υγρών απόβλητων ελαιοτριβείου. Αρχικά, με την εφαρμογή αναερόβιας χώνευσης και στη συνέχεια με τη κλασματοποίηση των αναερόβιων εκροών σε ένα σύστημα, αποτελούμενο από φίλτρα και επιλεγμένες μεμβράνες. Η αναερόβια χώνευση των αποβλήτων πραγματοποιήθηκε με το ταχύρυθμο σύστημα του περιοδικού αναερόβιου αντιδραστήρα με ανακλαστήρες. Στη συνέχεια οι αναερόβιες εκροές διοχετεύθηκαν στο σύστημα υπερδιήθησης και αντίστροφης όσμωσης προκειμένου να γίνει η κλασματοποίησή τους.Η αύξηση του ρυθμού οργανικής φόρτισης έγινε με αύξηση στο ΧΑΟ της εισροής και με μείωση του υδραυλικού χρόνου παραμονής (ΥΧΠ). Με την αύξηση του ΧΑΟ στην εισροή επήλθε εκτροπή της διεργασίας και μηδενισμός στη παραγωγή βιοαερίου Το γεγονός αυτό ήταν αποτέλεσμα της συσσώρευσης πτητικών λιπαρών οξέων στο σύστημα. Αντιθέτως, με τη μείωση του ΥΧΠ η διεργασία ήταν σταθερή και οδήγησε στη μείωση του ΥΧΠ στις 3.75 ημέρες και αύξηση του ρυθμού οργανικής φόρτισης στα 8.9 gΧΑΟ/L/d επιτυγχάνοντας μία μείωση στο ΧΑΟ της εκροής της τάξεως του 72%. Η περαιτέρω επεξεργασία των εκροών με τις μεμβράνες οδήγησε στη παραλαβή τελικού διηθήματος με λιγότερο από 0.1 g/L ΧΑΟ. Η αναερόβια χώνευση υγρών αποβλήτων ελαιοτριβείου με το περιοδικό αναερόβιο αντιδραστήρα με ανακλαστήρες ήταν σταθερή ακόμα και σε υψηλούς ρυθμούς οργανικής φόρτισης. Με την κλασματοποίηση των εκροών, παρελήφθη ένα τελικό διήθημα υψηλής ποιότητας, κατάλληλο για άρδευση και επαναχρησιμοποίηση για την αρχική αραίωση του αποβλήτου πριν την αναερόβια χωνευση. / Olive mill wastewater is the by product of olive oil production. This agricultural activity with high social and economic impact on the population of olive-producing countries, are mainly located in the Mediterranean area which approximately 95% of the world’s olive oil production is derived. It is produced seasonally in large quantities by a large number of small olive mills and the combination of their characteristics (very high organic load and phenolic compounds) are the main difficulties in finding a solution for the management of these wastewaters, which are dangerous for the environment. The aim of this study was the combined treatment of olive mill wastewater. The anaerobic digestion of the olive mill wastewaters took place in a high rate system, the periodic anaerobic baffled reactor. Application of the membrane system aimed at purifying the anaerobic effluent.An increase in the organic loading rate was achieved by increasing the influent COD and alternatively by decreasing the hydraulic retention time (HRT). The first option caused process failure, since the volatile fatty acids accumulation resulted in negligible biogas production. In contrast, the second change led to stable operation that permitted the reduction of the HRT to 3.75 d and increase of the organic loading rate to 8.9 gCOD/L/d with satisfactory total COD removal 72%. Further purification in the membrane units resulted in a final permeate of less than 0.1 gCOD/L. The anaerobic digestion of olive mill wastewater in a PABR was stable even at high organic loading rates. Filtering and membrane fractionation of the anaerobic effluent resulted in a final permeate stream of high quality, suitable for irrigation and reuse for diluting the wastewater prior to anaerobic digestion.

Nanotechnology is an increasing market. Engineered nanoparticles (NPs), materials with at least one dimension between 1 and 100 nm, are produced on a large scale. NPs are vastly used in industrial processes and consumer products and they are most likely discharged into wastewater treatment plants after being used. Activated Sludge is one of the most applied biological wastewater treatment processes for the degradation of organic matter in sewage. Activated sludge produces an excess of sludge that is commonly treated and stabilized by anaerobic digestion. Recent studies have found that NPs accumulate in the activated sludge; thus, there is a potential for the concentrations of NPs to magnify as concentrated waste sludge is fed into the anaerobic digestion process. For this reason, it is important to study the possible toxic effects of NPs on the microorganisms involved in the anaerobic digestion process and the approaches to overcome toxicity if necessary. The present work evaluates the toxic effect of NPs on anaerobic wastewater treatment processes and also presents approaches for toxicity attenuation. The first objective of this dissertation (Chapter III) was to evaluate the toxicity of high concentrations (1, 500 mg L⁻¹) of Ag⁰, Al₂O₃, CeO₂, Cu⁰, CuO, Fe⁰, Fe₂O₃, Mn₂O₃, SiO₂, TiO₂, and ZnO NPs to acetoclastic and hydrogenotrophic methanogens and the effect of a dispersant on the NPs toxicity to methanogens. The findings indicated that only Cu⁰ and ZnO NPs caused severe toxicity to hydrogenotrophic methanogens and Cu⁰, CuO, and ZnO NPs to acetoclastic methanogens. The dispersant did not impact the NPs toxicity. The concentrations of Cu⁰ and ZnO causing 50% of inhibition (IC₅₀) to hydrogenotrophic methanogens were 68 and 250 mg L⁻¹, respectively. Whereas the IC₅₀ values for acetoclastic methanogens were 62, 68, and 179 for Cu⁰, ZnO, and CuO-Cu NPs respectively. These findings indicate that acetoclastic methanogens are more sensitive to NP toxicity compared to hydrogenotrophic methanogens and that Cu⁰ and ZnO NPs are highly toxic to both. Additionally, it was observed that the toxicity of any given metal was highly correlated with its final dissolved concentration in the assay irrespective of whether it was initially added as a NP or chloride salt, indicating that corrosion and dissolution of metals from NPs may have been responsible for the toxicity. The second objective of this dissertation (Chapter IV) was to evaluate the Cu⁰ NP toxicity to anaerobic microorganisms of wastewater treatment processes. Cu⁰ is known to be toxic to methanogens; nonetheless, little is known about its toxic effects on microorganisms of upper trophic levels of anaerobic digestion or other anaerobic process used for nitrogen removal. This specific objective evaluated Cu⁰ NP toxicity to glucose fermentation, syntrophic propionic oxidation, methanogenesis, denitrification and anaerobic ammonium oxidation (anammox). Chapter IV showed that anammox and glucose fermentation were the least and most inhibited processes with inhibition constants (K(i)) values of 0.324 and 0.004 mM of added Cu⁰ NPs, respectively. The Ki values obtained from the residual soluble concentration of the parallel experiments using CuCl₂ indicated that Cu⁰ NP toxicity is most likely caused by the release of soluble ions for each one of the microorganisms tested. The results taken as a whole demonstrate that Cu⁰ NPs are toxic to a variety of anaerobic microorganisms of wastewater treatment processes. The third objective of this document (Chapter V) was to study the role of biogenic sulfide in attenuating Cu⁰ and ZnO NP toxicity to acetoclastic methanogens. Previous literature results and research presented in this dissertation indicated that the release of soluble ions from Cu and ZnO NPs cause toxicity to methanogens. In the past, the application of sulfide to precipitate heavy metals as inert non-soluble sulfides was used to attenuate the toxicity of Cu and Zn salts. Building on this principle, Chapter V evaluated the toxicity of Cu⁰ and ZnO NPs in sulfate-containing (0.4 mM) and sulfate-free conditions. The results show that Cu⁰ and ZnO were 7 and 14x less toxic in sulfate-containing than in sulfate-free assays as indicated by the differences in K(i) values. The K(i) values obtained based on the residual metal concentration of the sulfate-free and sulfate-containing assays were very similar, indicating that the toxicity is well correlated with the release of soluble ions. Overall, this study demonstrated that biogenic sulfide is an effective attenuator of Cu⁰ and ZnO NP toxicity to acetoclastic methanogens. Finally, the last objective (Chapter VI) of this dissertation was to evaluate the effect of iron sulfide (FeS) on the attenuation of Cu⁰ and ZnO toxicity to acetoclastic methanogens. FeS is formed by the reaction of iron(II) and sulfide. This reaction is common in anaerobic sediments where the reduction of iron(III) to iron(II) and sulfate to sulfide occurs. FeS plays a key role controlling the soluble concentrations of heavy metals and thus their toxic effects in aquatic sediments. This study evaluated the application of FeS as an approach to attenuate Cu⁰ and ZnO NP toxicity and their salt analogs to acetoclastic methanogens. Two particle sizes, coarse FeS (FeS-c, 500-1200 µm) and fine FeS (FeS-f, 25-75 µm) were synthesized and used in this study. The results showed 2.5x less FeS-f than FeS-c was required to recover the methanogenic activity to the same extent from the exposure to highly inhibitory concentrations of CuCl₂ and ZnCl₂ (0.2 mM). The results also showed that a molar ratio of FeS-f/Cu⁰, FeS-f/ZnO, FeS-f/Zn Cl₂, and FeS-f/CuCl₂ of 3, 3, 6, and 12 respectively, was necessary to provide a high recovery of methanogenic activity (>75%). The excess of FeS needed to overcome the toxicity indicates that not all the sulfide in FeS was readily available to attenuate the toxicity. Overall, Chapter VI demonstrated that FeS is an effective attenuator of the toxicity of Cu⁰ NP and ZnO NPs and their salt analogs to methanogens, albeit molar excesses of FeS were required.

The present study aimed to investigate the methane yield from anaerobic digestion of a lignocellulosic substrate subjected to different pretreatments. The lignocellulosic forest residues materials were milled and then pretreated with the organic solvent NMMO (N-Methylmorpholine N-oxide) and/or the lignolytic enzymes laccase and versatile peroxidase at a dosage of 60 U g-1 total solids (TS) substrate. The amount of methane produced was studied in a biomethane potential assay with inocula from a thermophilic biogas reactor treating municipal waste. All samples were run in triplicates. Due to the large amount of samples, two biomethane potential assays were conducted: series 10 &amp; 20 and series 30 &amp; 40. The gas production results show that NMMO-treated forest residues yielded 130 NmL CH4 g-1 volatile solids (VS) substrate and the untreated forest residues yielded 95 NmL CH4 g-1 VS substrate for series 10 &amp; 20. For series 30 &amp; 40, both untreated and NMMO-treated forest residues yielded 140 NmL CH4 g-1 VS substrate. NMMO-treatment appears to be favourable and no advantages from the enzyme pretreatment could be seen in terms of gas yield. An analysis of the reaction fluid after the enzymatic treatment showed presence of phenols, an indication of successful lignin hydrolysis. / Studien avsåg att undersöka metanutbytet från anaerob nedbrytning med förbehandlad lignocellulosa som substrat. Lignocellulosamaterialet, i form av skogsavfall, maldes och förbehandlades därefter med det organiska lösningsmedlet NMMO (N-metylmorfolin-N-oxid) och/eller de lignolytiska enzymerna laccase och versatile peroxidas med dosen 60 U g-1 torrsubstanshalt (TS). Mängden producerad metan undersöktes i en biometanpotentialanalys med inocula från en termofil biogasreaktor, som behandlade hushållsavfall. Triplikat av varje prov användes för att öka den statistiska stabiliteten. På grund av det stora antalet prover genomfördes studien i två omgångar: Serie 10 &amp; 20 samt serie 30 &amp; 40. Resultaten visade att det NMMO-behandlade skogsavfallet gav 130 NmL CH4 g-1 organisk substans (VS) och det obehandlade skogsavfallet gav 95 NmL CH4 g-1 VS i serie 10 &amp; 20. Både obehandlat och NMMO- behandlat skogsavfall gav 140 NmL CH4 g-1 VS i serie 30 &amp; 40. Förbehandling med NMMO verkar vara fördelaktig medan enzymbehandling endast resulterade i en smärre ökning av gasproduktionen. En analys av vätskan efter enzymbehandlingen visade förekomst av fenoler, vilket visar på en lyckad ligninnedbrytning.