Η έντονη ανάπτυξη της κτηνοτροφίας στην Ελλάδα έχει συνδεθεί με σοβαρά περιβαλλοντικά προβλήματα, όπως η υποβάθμιση της ποιότητας των υπόγειων και επιφανειακών νερών, καθώς και του εδάφους, λόγω της μη ορθολογικής διαχείρισης των κτηνοτροφικών αποβλήτων. Τα απόβλητα αυτά περιέχουν υψηλά επίπεδα οργανικού φορτίου και σημαντικές ποσότητες θρεπτικών στοιχείων, όπως άζωτο, φώσφορο, κάλιο και βόριο. Συγχρόνως, η υπερβολική άντληση των υπόγειων υδάτων οδηγεί τόσο στην εξάντληση των υδατικών αποθεμάτων, όσο και στην αύξηση της αλατότητάς τους. Τα τελευταία χρόνια, οι αρνητικές συνέπειες της ανεξέλεγκτης ανάπτυξης κτηνοτροφικών δραστηριοτήτων έχουν αναγνωριστεί από την Ε.Ε., η οποία για το σκοπό αυτό χρηματοδοτεί δράσεις για την καλύτερη διαχείριση των παραγόμενων αποβλήτων, ενώ επίσης λαμβάνει και μέτρα αντιμετώπισης μέσω της σχετικής νομοθεσίας και της επιβολής κυρώσεων. Στο πλαίσιο αυτό προτείνεται, μεταξύ άλλων, η αξιοποίηση των κτηνοτροφικών αποβλήτων με σκοπό τη μείωση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων της κτηνοτροφικής δραστηριότητας και την ενίσχυση της κυκλικής οικονομίας.

Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής αποτελεί η ολοκληρωμένη διαχείριση των παραγόμενων αποβλήτων μιας χοιροτροφικής μονάδας που λειτουργεί στο Δήμο Επιδαύρου, εντός της Περιφέρειας Πελοποννήσου. Συγκεκριμένα παρουσιάζεται η μελέτη μονάδας ηλεκτροπαραγωγής ισχύος 150 kW με καύση βιοαερίου, που θα παράγεται από την υγρή ζύμωση χοιροτροφικών αποβλήτων, οργανικών υπολειμμάτων και ενεργειακών καλλιεργειών. Κύριος στόχος είναι η αξιοποίηση των αποβλήτων που παράγονται εντός της χοιροτροφικής μονάδας, καθώς επίσης και των υποπροϊόντων του σχετικού σφαγείου. Επιπλέον, προβλέπεται η συλλογή και επεξεργασία αποβλήτων και οργανικών υποπροϊόντων από άλλες μονάδες της ευρύτερης περιοχής, όπως χοιροτροφικές μονάδες, ελαιοτριβεία, μονάδες επεξεργασίας αλιευμάτων νωπών ψαριών, τυροκομεία, καθώς και συσκευαστήρια φρούτων και λαχανικών. Η συνδυασμένη αξιοποίηση των εν λόγω ροών αποβλήτων στοχεύει στη δημιουργία ενός βιώσιμου και κυκλικού συστήματος διαχείρισης, με έμφαση στην παραγωγή ενέργειας και τη μείωση του περιβαλλοντικού αποτυπώματος.

Κατά την πλήρη λειτουργία της μονάδας βιοαερίου προβλέπεται η ετήσια παραγωγή περίπου 1.000 MWh ηλεκτρικής ενέργειας και 1.170 MWh θερμικής ενέργειας, οι οποίες θα αξιοποιούνται τόσο για τις ανάγκες της εγκατάστασης, όσο και για την υποστήριξη συμπληρωματικών διεργασιών. Το χωνεμένο υγρό που προκύπτει από την αναερόβια χώνευση θα υποβάλλεται σε διαδικασία συμπύκνωσης, η οποία περιλαμβάνει διήθηση μέσω μεμβρανών τύπου διήθησης (ultrafiltration) και στη συνέχεις επεξεργασία σε μονάδα αντίστροφης ώσμωσης. Μέσω της διεργασίας αυτής θα παράγονται περίπου 2.500 m³ ετησίως συμπυκνωμένου υγρού λιπάσματος, κατάλληλου για γεωργική χρήση. Παράλληλα, θα παράγονται περίπου 250 t κομπόστ ετησίως, το οποίο θα προέρχεται από την επεξεργασία των στερεών υπολειμμάτων και θα αξιοποιείται ως εδαφοβελτιωτικό. Σημαντική προσθήκη στη λειτουργία της μονάδας αποτελεί η κατασκευή εγκατάστασης παστερίωσης ζωικών υποπροϊόντων, η οποία θα επιτρέπει την ενεργειακά αποδοτική επεξεργασία των υποπροϊόντων του σφαγείου. Η μονάδα αυτή θα έχει τη δυνατότητα να παραλαμβάνει και να επεξεργάζεται ζωικά υποπροϊόντα από άλλες επιχειρήσεις της ευρύτερης περιοχής, συμβάλλοντας ουσιαστικά στην επίλυση λειτουργικών και περιβαλλοντικών ζητημάτων του κλάδου.

Η παρούσα μεταπτυχιακή εργασία αποτελείται από έξι κεφάλαια, όπου στο πρώτο κεφάλαιο διασαφηνίζονται βασικές εισαγωγικές έννοιες, απαραίτητες για την κατανόηση του θεωρητικού και τεχνικού πλαισίου της εργασίας, όπως η έννοια των κτηνοτροφικών αποβλήτων και η σημασία της ορθής διαχείρισής τους. Στο δεύτερο κεφάλαιο αναλύεται η υπό μελέτη περίπτωση ηλεκτροπαραγωγής με καύση βιοαερίου από κτηνοτροφικά απόβλητα, εξετάζεται η υφιστάμενη κατάσταση και ελέγχεται η υπαγωγή της στις ισχύουσες νομοθετικές και κανονιστικές διατάξεις. Το τρίτο κεφάλαιο επικεντρώνεται στην περιγραφή των υφιστάμενων εγκαταστάσεων και στον σχεδιασμό των νέων υποδομών, με στόχο την ενσωμάτωση τεχνολογιών βιοαερίου και βιώσιμης διαχείρισης αποβλήτων. Ακολουθεί το τέταρτο κεφάλαιο, στο οποίο παρουσιάζονται τεχνικά και λειτουργικά χαρακτηριστικά της προτεινόμενης μονάδας, καθώς και οι προβλεπόμενες αποδόσεις κατά την περίοδο πλήρους λειτουργίας. Στο πέμπτο κεφάλαιο εξετάζονται και αξιολογούνται 3 εναλλακτικά σενάρια υλοποίησης και λειτουργίας του έργου, βάσει τεχνικών, οικονομικών και περιβαλλοντικών κριτηρίων. Τέλος, στο έκτο κεφάλαιο παρατίθενται τα συμπεράσματα που προκύπτουν από την εκπόνηση της εργασίας, ενώ διατυπώνονται προτάσεις για περαιτέρω έρευνα και αξιοποίηση των αποτελεσμάτων.

The significant development of livestock farming in Greece has been associated with serious environmental problems, such as the degradation of groundwater and surface water quality, as well as soil deterioration, due to the irrational management of livestock waste. These wastes contain high levels of organic load and significant amounts of nutrients, such as nitrogen, phosphorus, potassium and boron. Simultaneously, excessive groundwater extraction has led to both the depletion of water resources and an increase in salinity levels. In recent years, the adverse consequences arising from the uncontrolled development of livestock farming activities have been recognized by the EU, which for this purpose finances actions for the better management of the waste produced, while also taking countermeasures through the relevant legislation and the imposition of sanctions. In this context, the utilization of livestock waste is proposed, among other things, with the aim of reducing the environmental impacts of livestock farming activity and strengthening the circular economy.

The present thesis focuses on the integrated management of waste generated by a pig farming unit operating in the Municipality of Epidaurus, in the Peloponnese Region. Specifically, it presents the design of a 150kW power generation unit utilizing biogas produced through the anaerobic digestion of pig waste, organic residues, and energy crops. The main objective is the utilization of the waste generated within the swine farm, as well as by-products from the associated slaughterhouse. Furthermore, the initiative anticipates the collection and treatment of waste and organic by-products from other facilities in the wider region, such as pig farms, olive mills, fish processing units, cheese dairies, and fruit and vegetable packaging plants. The combined utilization of these waste streams aims to establish a sustainable and circular management system, with a focus on energy production and the reduction of environmental impact.

Upon full operation of the biogas unit, it is estimated that approximately 1.000 MWh of electricity and 1.170 MWh of thermal energy will be produced annually, which will be used both for the facility's own needs and for supporting additional processes. The digestate resulting from anaerobic digestion will undergo a concentration process, which includes membrane ultrafiltration and subsequent treatment in a reverse osmosis unit. This process will yield approximately 2.500 m³ per year of concentrated liquid fertilizer suitable for agricultural use. Simultaneously, around 250 t of compost will be produced annually, derived from the treatment of solid residues, and will be utilized as soil improver. An important addition to the facility's operation will be the construction of an animal by-products pasteurization unit, allowing for energy-efficient processing of slaughterhouse by-products. This unit will also have the capability of receiving and processing animal by-products from other businesses in the wider region, thus significantly contributing to resolving operational and environmental challenges in the sector.

This postgraduate thesis consists of six chapters. The first chapter clarifies key introductory concepts essential for understanding the theoretical and technical context of the study, such as the notion of livestock waste and the importance of its proper management. The second chapter analyzes the case study of electricity production through biogas combustion derived from livestock waste, examining the current situation and assessing its compliance with applicable legislative and regulatory frameworks. The third chapter focuses on the description of existing facilities and the design of new infrastructure aimed at integrating biogas technologies and sustainable waste management. The fourth chapter presents the technical and operational characteristics of the proposed unit, along with the expected outputs during full operation. The fifth chapter evaluates three alternative implementation and operational scenarios for the project, based on technical, economic, and environmental criteria. Finally, the sixth chapter outlines the conclusions drawn from the study and proposes directions for further research and utilization of the results.