Ηλεκτροχημική επεξεργασία του ορού τυρογάλακτος και χαρακτηρισμός του αρώματος του

Abstract

Η παρούσα Διατριβή Μάστερ επικεντρώθηκε στην αποτελεσματικότητα των ηλεκτροχημικών διεργασιών της ηλεκτροκροκίδωσης (Electrocoagulation, EC), της ηλεκτροοξείδωσης (Electrooxidation, ΕΟ) και του συνδυασμού τους (EC/ΕΟ), για τη μείωση ορισμένων ρυπαντών των λυμάτων ορού τυρογάλακτος. Επιπλέον, διερευνήθηκε η μεταβολή του προφίλ του αρώματος των επεξεργασμένων με EC, EΟ και EC/EO λυμάτων. Για το σκοπό αυτό, αρχικά πραγματοποιήθηκε ο φυσικοχημικός χαρακτηρισμός του λύματος μέσω διάφορων αναλυτικών μεθόδων. Η ανάλυση των πτητικών οργανικών ενώσεων (Volatile Organic Compounds, VOCs) πραγματοποιήθηκε με χρήση της μονάδας θερμικής εκρόφησης συζευγμένης με αέριο χρωματογράφο-φασματόμετρο μάζας (Thermal desorption-Gas chromatography/Mass Spectrometry, TD-GC/MS), εφαρμόζοντας την πρόσφατη τεχνική δειγματοληψίας υψηλής χωρητικότητας (HiSorb). Κατά την ανάπτυξη της βέλτιστης μεθόδου, εξετάστηκαν διάφοροι παράμετροι που επηρεάζουν την εκχύλιση των VOCs, όπως ο χρόνος έκθεσης του προσροφητικού υλικού με επίστρωση πολυδιμεθυλοσιλοξάνης (PDMS), ο όγκος του δείγματος, ο ρυθμός ανάδευσης, η θερμοκρασία και η προσθήκη άλατος (NaCl). Η μέθοδος παρουσίασε πολύ καλή γραμμικότητα, με το συντελεστή προσδιορισμού (R2) να κυμαίνεται από 0.9924 έως 0.9997 και καλή πιστότητα, καθώς η επαναληψιμότητα και αναπαραγωγιμότητα κυμαίνονται από 1.8-4.7 % και 3.5-8.8 %, αντίστοιχα, για τρεις διαφορετικές συγκεντρώσεις. Μελετήθηκαν οι κύριοι παράμετροι που επηρεάζουν την απόδοση της EC και ΕΟ επεξεργασίας, όπως ο χρόνος λειτουργίας, η πυκνότητα ρεύματος, ο ρυθμός ανάδευσης και το pH. Το χημικά απαιτούμενο οξυγόνο (COD) χρησιμοποιήθηκε ως δείκτης αναφοράς για τη μέτρηση της απόδοσης μείωσης του οργανικού φορτίου των επεξεργασμένων λυμάτων. Αφού καθορίστηκαν οι βέλτιστες συνθήκες λειτουργίας για την EC (40 mA/cm2, 190 rpm) και την EO (60 mA/cm2, 380 rpm), χωρίς ρύθμιση του pH, εφαρμόστηκε η συζευγμένη χρήση τους. Ο συνολικός χρόνος που απαιτήθηκε για την επίτευξη της μέγιστης απόδοσης αφαίρεσης (82.4 %) του COD ήταν 90 λεπτά, εκ των οποίων στα πρώτα 60 λεπτά εφαρμόστηκε η EC. Το άρωμα των λυμάτων ορού τυρογάλακτος έδειξε να επηρεάζεται μετά την εφαρμογή των σχετικών ηλεκτροχημικών διεργασιών. Στα ακατέργαστα λύματα ταυτοποιήθηκαν και ημι-ποσοτικοποιήθηκαν συνολικά 41 VOCs, εκ των οποίων 14 αλδεΰδες, 9 οξέα, 9 υδρογονάνθρακες, 7 κετόνες, 1 αλκοόλη και 1 σουλφίδιο, με συνολική συγκέντρωση 2.588 mg L-1 (total VOCs). Μεμονωμένα, η εφαρμογή της EC αναδείχθηκε ως μια ευνοϊκή διεργασία, καθώς μείωσε τη συγκέντρωση των εκπεμπόμενων VOCs των λυμάτων. Αντίθετα, η ΕΟ διεργασία προκάλεσε την έντονη μεταβολή της σύστασης του αρώματος των λυμάτων, καθώς παρατηρήθηκε ο σχηματισμός ανεπιθύμητων παραπροϊόντων όπως οι χλωριωμένες ενώσεις. Στη συνδυασμένη EC/EO, παρατηρήθηκε αρχικά μείωση της συγκέντρωσης των ολικών VOCs (0.270 mg L-1) έως και 89.6 % με την EC, ενώ όταν ακολούθησε η ΕΟ αυξήθηκαν με ποσοστό 88.9 %. Στα πρώτα 30 λεπτά λειτουργίας της ΕΟ (90 min EC/EO), η συγκέντρωση των ολικών VOCs ήταν 2.425 mg L-1, καθώς ταυτοποιήθηκαν συνολικά 55 VOCs, εκ των οποίων 14 αλδεΰδες, 13 χλωριωμένα, 10 οξέα, 5 κετόνες, 4 νιτρίλια, 3 εστέρες, 3 αλκοόλες, 2 υδρογονάνθρακες και 1 φουράνιο.