Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10889/10806
Title: Σχεδιασμός νέας διεργασίας παραγωγής ελαιολάδου και επεξεργασίας αποβλήτων ελαιοτριβείου
Other Titles: Characterization of the olive tree fruit with the aim of designing new olive oil procedure with zero waste
Authors: Παντζιάρος, Αλέξης
Keywords: Ελαιοτριβεία
Ελαιόλαδο
Επεξεργασία αποβλήτων
Keywords (translated): Olive mills
Olive oil
Waste processing
Abstract: Στην Αρχαία Ελλάδα η ελιά θεωρείτο ιερό δέντρο. Ήταν αφιερωμένη στην Θεά Αθηνά, θεά της Σοφίας και των Εφαρμοσμένων Τεχνών. Όλα τα μέρη του δέντρου και του καρπού της ελιάς είναι χρήσιμα και απαραίτητα για τη διαβίωση του ανθρώπου. Το ξύλο είναι εξαιρετικό καύσιμο αλλά κατάλληλο και για τη κατασκευή επίπλων και άλλων χρηστικών αντικειμένων. Ο καρπός της είναι εξαιρετική τροφή, όπως και το ελαιόλαδο, που έχει θεραπευτικές ιδιότητες τις οποίες αναγνώριζε ο Ιπποκράτης όπως και παγκοσμίως αναγνωρίζονται σήμερα. Τα φύλλα της ελιάς είναι ζωοτροφή αλλά και θεραπευτικό βότανο. Το στερεό υποπροϊόν από τα ελαιοτριβεία, ο "πυρήνας" αποτελεί και αυτό εξαιρετικό καύσιμο αλλά χρησιμοποιείται και στα πυρηνελαιουργεία, για την εξαγωγή του πυρηνέλαιου, κατώτερης ποιότητας λαδιού. Ακόμα και τα υγρά απόβλητα από την επεξεργασία των ελιών και του λαδιού, βρίσκουν αναγνώριση και χρησιμοποιούνται στη σύγχρονη βιομηχανία. Το πρώτο μέρος αυτής της εργασίας με τίτλο «Καταβύθιση φωσφορικών αλάτων με παράλληλη απομάκρυνση οργανικού φορτιού από τριφασικό απόβλητο ελαιοτριβείου» είχε ως σκοπό τη μελέτη της μείωσης του οργανικού φορτίου από τριφασικά απόβλητα ελαιοτριβείου σε πρώτη φάση και σε δεύτερη φάση την ανάκτηση του φώσφορου με τη καταβύθιση φωσφορικού άλατος στη μορφή του στρουβίτη (MgNH4PO4.6H2O). Ο στρουβίτης είναι κρυσταλλικό υλικό που έχει ιδιότητες λιπάσματος, εμφανίζεται ως μια επιλογή που έχει διπλό περιβαλλοντικό όφελος, την αποφυγή της απόρριψης υψηλών επιπέδων θρεπτικών ουσιών και την ανάκτηση πρώτης ύλης με μεγάλη πρόσθετη αξία. Η πειραματική διαδικασία βασίστηκε στην μέθοδο της κροκίδωσης/καθίζησης και της διήθησης υπό κενό (χωρίστηκε σε δύο στάδια). Στη μέθοδο της κροκίδωσης/καθίζησης επιδιώκουμε την καθίζηση μεγάλου μέρους των στερεών και του οργανικού φορτίου με στόχο να παραμείνει στο υπερκείμενο διάλυμα της διεργασίας της κροκίδωσης καθίζησης το φωσφορικό φορτίο του αποβλήτου, ενώ στο δεύτερο στάδιο ο φώσφορος καταβυθίζεται ως στερεό υλικό, στη μορφή του στρουβίτη. Το πρώτο στάδιο διεξήχθη σε αντιδραστήρα Batch όπου πραγματοποιήθηκε ο έλεγχος του pH (NaOH) και η προσθήκη κροκιδωτικού μέσου (MgCl2 ή MgSO4). Στο δεύτερο στάδιο έγινε η διήθηση της υπερκείμενης φάσης με ταυτόχρονη προσθήκη πηγής αζώτου (NH4OH(aq)). Το πρόβλημα που εμφανίστηκε στη δεύτερη φάση της παρούσας μελέτης ήταν η ταυτόχρονη καταβύθιση δυδμερίτη ενός άλλου φωσφορικού άλατος. Αυτό δεν θα εμπόδιζε το καταβυθιζόμενο άλας να χρησιμοποιηθεί ως εδαφοβελτιωτικό άλλα θα έπρεπε να γίνουν και άλλες μελέτες για τη χρησιμότητα του μίγματος αυτού. Έτσι καταλήξαμε στη βέλτιστη σειρά της μελέτης με 3 g/L MgCl2, 2% v/v NaOH, pH 6.7 και 0.5% v/v NH4OH και χρήση φυτρών κατά τη διαδικασία της καταβύθισης. Με αυτό τον τρόπο καταφέραμε να καταβυθίσουμε μόνο στρουβίτη και αυτό φαίνεται στις εικόνες που λάβαμε όπου ξεχωρίζει το χαρακτηριστικό τρισδιάστατο ορθογώνιο σχήμα τους και η χαρακτηριστική τους διδυμία Το δεύτερο μέρος αυτής της εργασίας με τίτλο «Χαρακτηρισμός του ελαιόκαρπου με απώτερο σκοπό το σχεδιασμό μονάδας παραγωγής ελαιόλαδου με μηδενικά απόβλητα» είχε ως σκοπό το σχεδιασμό μονάδας παραγωγής ελαιόλαδου με μηδενικά απόβλητα. Αυτή η ανάγκη προήρθε από την μακροχρόνια έρευνα του εργαστηρίου στα τριφασικά και διφασικά απόβλητα ελαιοτριβείου. Για να γίνει αυτός ο σχεδιασμός θα έπρεπε η διαδικασία να ξεκινά από τη συγκομιδή της ελιάς και να περιλαμβάνει βήματα τα οποία να μην παράγουν απόβλητα. Γνωρίζουμε ότι το πρόβλημα των τριφασικών αλλά και διφασικών αποβλήτων ελαιοτριβείου είναι το μεγάλο τους οργανικό φορτίο και η συγκέντρωση των φαινολικών ουσιών. Ο πρώτος μεγάλος στόχος αυτής της μελέτης, ήταν να χαρακτηρίσουμε το καρπό της ελιάς σε οργανικά και ανόργανα συστατικά αλλά και υγρασία για να φανεί η προέλευση του μεγάλου οργανικού φορτίου καθώς και να απομονωθεί. Εφόσον αναγνωρίστηκε η προέλευση του οργανικού φορτίου και επιτεύχθηκε η απομόνωση του μέσω της διαδικασίας αυτής, πριν ξεκινήσει η παραγωγή του ελαιόλαδου. Το δεύτερο μεγάλο πρόβλημα των αποβλήτων είναι οι φαινολικές ουσίες. Η διφασική διαδικασία παραγωγής ελαιόλαδου θεωρητικά θα μπορούσε να είναι μια διαδικασία με μηδενικά απόβλητα αν το στερεό απόβλητο τις διαδικασίας μπορούσε να χρησιμοποιηθεί ως ζωοτροφή. Δεν μπορεί όμως να χρησιμοποιηθεί, λόγω του οργανικού του φορτίου και του φαινολικού του φορτίου. Εδώ εμφανίζεται και ο δεύτερος μεγάλος στόχος αυτής της μελέτης που ήταν η βέλτιστη εκχύλιση και συμπύκνωση των φαινολικών από τη ψίχα της ελιάς πριν ακόμη ξεκινήσει η παραγωγή του ελαιόλαδου. Τέλος, μετά τις δύο εκτεταμένες παραμετρικές μελέτες σχεδιάστηκε ένα διάγραμμα ροής μιας μονάδας παραγωγής ελαιόλαδου με μηδενικά απόβλητα. Σε αυτή τη μονάδα αρχικά γίνεται η εξαγωγή του κουκουτσιού της ελιάς αφού η πρώτη παραμετρική μελέτη έδειξε ότι σε αυτό οφείλεται το μεγαλύτερο μέρος του οργανικού φορτίου του αποβλήτου και στη συνέχεια γίνεται εκχύλιση των υδατοδιαλυτών φαινολικών ουσιών από τη ψίχα. Η διαδικασία τελειώνει με την εξαγωγή του ελαιόλαδου από τη ψίχα της ελιάς σε μια υφιστάμενη κλασική διφασική μονάδα παραγωγής ελαιόλαδου. Σημαντικό είναι να αναφερθεί ότι λόγω της μικρής ποσότητας ελιών και τον περιορισμό στον μηχανολογικό εξοπλισμό δεν διεξάχθηκαν πειράματα για την παραγωγή ελαιόλαδου. Εικάζεται όμως ότι η διαδικασία που έχει σχεδιαστεί θα είναι λειτουργική αφού δεν διαφέρει καθόλου από την διαδικασία παραγωγής ελαιόλαδου 2 φάσεων, αν εξαιρεθεί η απομάκρυνση του κουκουτσιού. Για να μπορέσει λοιπόν αυτή η εργασία να πάρει σάρκα και οστά πρέπει να γίνουν αρκετά πράγματα. Πρέπει να μελετηθούν όλες οι διεργασίες ξεχωριστά έτσι ώστε η λύση που δίνεται μέσα από τα αποτελέσματα να είναι βιώσιμη και λειτουργική. Αρχικά πρέπει να γίνουν πειράματα σε διαφορετικές ποικιλίες ελιών, με διαφορετικές συνθήκες ωρίμανσης για να διευκρινιστούν οι καταλληλότερες συνθήκες για την παραλαβή των φαινολικών ενώσεων και την ποιότητα του ελαιόλαδου. Ακόμα εξίσου σημαντικό είναι να γίνει η πλήρης κοστολόγηση τόσο του μηχανολογικού εξοπλισμού όσο και των ενεργειακών απαιτήσεων για να τεκμηριωθεί αν η διεργασία είναι οικονομικά συμφέρουσα για να εφαρμοστεί.
Abstract (translated): In ancient Greece the olive tree was considered holy. It was dedicated to the goddess Athena, goddess of wisdom and arts. All parts of the tree and its fruits are for human living. The wood is excellent fuel, manufacture of furniture and other utilitarian objects. The olives are an excellent food source with curative properties first recognized by Hippocrates and are universally recognized today. The leaves are can be feed to animals or even used as a therapeutic herb. The solid byproduct from the mills, the "core" is used for the extraction of residue olive oil which is of lower quality. Even the liquid waste from the processing of olives and olive oil, are finding recognition and used in modern industry. The first part of this work titled" Struvite precipitation and Organic content reduction from Olive Mill Wastewater" discusses the reduction of the organic load from a three phase waste water mill where the first and second phase focuses on the recovery of phosphorus with phosphate precipitation in the form of struvite (MgNH4PO4. 6H2O). Direct disposal of OMW (Organic Mill Wastewater) to surface water, although still in practice, is both dangerous and illegal as it can result in severe pollution problems (due to its high organic and phosphorous content) such as eutrophication. The latter problem, combined with low phosphorus stock issue in the world fertilizers market, was the main point of interest in the present research. A combination of several methods were applied in order to reduce the Chemical Oxygen Demand (COD) value of OMW and then to bind phosphorus for the formation of struvite (NH4MgPO4·6H2O). Struvite is a crystalline substance enriched in Mg, N and P, ingredients which compose an ideal fertilizer. The experiments were conducted in a two-stage process, over a pH range of 5.2 to 10.3. The first step consists of a batch process, where a coagulant (MgCl2 or MgSO4) and a pH control solution (NaOH) were added in an amount of OMW under continuous stirring in a glass vessel. After 13 min of steering, a rest period of 2 h followed so flocculation took place. During the second step, the nitrogen source (NH4OH(aq)) was added to the supernatant, which was immediately filtrated to get the precipitated magnesium ammonium phosphate salt crystals. The crystalline product was collected, cooled and characterized by powder X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM). The COD content of the filtrate was reduced up to 73%, while the final crystalline product consisted of a mixture of struvite and dittmarite (NH4MgPO4·H2O). The second part of this work is titled ' Characterization of the olive tree fruit with the aim of designing new olive oil procedure with zero waste ". The idea to conduct this work arose from the extensive research done by our laboratory concerning three phase and two phase mill waste waters. To achieve the task at hand, it was decided early on that a better characterization of the olive tree fruit was needed before any steps to remove waste were introduced. The main problem with both three-phase and two phase mill waste is its large organic load and its high concentration of phenolic. Our first objective was to characterize the olive fruit’s organic, inorganic and water loads in order to understand better the source of the organic and phenolic loads which would try to isolate later on. The first step was to identify the source of the organic load and managed it in a way to be isolated from this process, even before the production of olive oil. The second big problem of waste waters is the phenolic substances. The two phase olive oil production process theoretically could be a process with zero waste if the solid waste could be used as animal feed. This think cannot be done because of the organic load and phenolic load. Here appears the second major objective of this study, to optimal extraction of phenolic from the pith of the olives before they even started the production of olive oil production. Finally, after two extensive parametric studies we designed a flowchart of a plan for the production of olive oil with zero waste. In this new process the first step is the export of the kernel from olives. This why the first parametric study showed that this is source of the bigger bulk of the organic load of waste. The second step is the extraction of water-soluble phenolic from the pith. The process ends with the export of olive oil from the olive fruit in an existing classic two phase production unit of olive oil. It is important to mention that due to the small quantity of olives and the restriction on mechanical equipment were not become a research for the quality of the new olive oil. It is assumed that the process designed will be functional for the reason that does not differ at all from the olive oil production process 2 phases, disregarding the removal of kernel. To enable this work to take flesh and bones more needs to be done. First we have to make experiments in different olive varieties, with different ripening conditions to specify the most suitable conditions for the receipt of phenolic compounds and the quality of olive oil. Yet equally important is to make the full costing as much as the mechanical equipment as well as energy requirements to substantiate whether the process is cost-effective to implement.
Appears in Collections:Τμήμα Χημικών Μηχανικών (ΜΔΕ)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Pantziaros(chem_eng).pdf4.71 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.