Η διαχείριση των Αστικών Στερεών Αποβλήτων (ΑΣΑ) αποτελεί ένα από τα σημαντικότερα περιβαλλοντικά ζητήματα των σύγχρονων κοινωνιών, ιδιαίτερα υπό το πρίσμα της συνεχώς αυξανόμενης παραγωγής τους και της ανάγκης περιορισμού της τελικής τους διάθεσης. Σημαντικό μέρος των παραγόμενων ΑΣΑ αποτελεί το οργανικό κλάσμα, το οποίο, λόγω της υψηλής περιεκτικότητάς του σε βιοαποδομήσιμη οργανική ύλη, απαιτεί κατάλληλη διαχείριση και μπορεί παράλληλα να αποτελέσει σημαντική πηγή ανάκτησης πόρων και ενέργειας. Στο πλαίσιο της μετάβασης από τη διάθεση των αποβλήτων προς την αξιοποίησή τους, η αναερόβια χώνευση αποτελεί μία από τις βασικές μεθόδους βιολογικής επεξεργασίας του οργανικού κλάσματος των ΑΣΑ. Η εφαρμογή της δεν περιορίζεται στη σταθεροποίηση του οργανικού υλικού, αλλά επιτρέπει παράλληλα την παραγωγή βιοαερίου και την ενεργειακή του αξιοποίηση, συμβάλλοντας έτσι σε μια πιο ολοκληρωμένη προσέγγιση διαχείρισης των οργανικών αποβλήτων.

Μεταξύ των διαφορετικών συστημάτων αναερόβιας χώνευσης, η ξηρή αναερόβια χώνευση παρουσιάζει ιδιαίτερο ενδιαφέρον για την επεξεργασία οργανικών αποβλήτων υψηλής περιεκτικότητας σε στερεά. Στα συστήματα ασυνεχούς λειτουργίας, η ανακυκλοφορία των παραγόμενων στραγγισμάτων διαδραματίζει σημαντικό ρόλο στην εξέλιξη της διεργασίας, καθώς συμβάλλει στη διατήρηση της απαιτούμενης υγρασίας και στη μεταφορά διαλυμένων οργανικών ενώσεων και μικροοργανισμών εντός της απορριμματικής μάζας. Η αποτελεσματικότητα της ανακυκλοφορίας εξαρτάται, μεταξύ άλλων, από τον τρόπο εφαρμογής της, με τη συχνότητά της να αποτελεί μία από τις παραμέτρους που μπορούν να επηρεάσουν την απόδοση της διεργασίας.

Στο πλαίσιο αυτό, η παρούσα μεταπτυχιακή διπλωματική εργασία διερευνά την επίδραση της συχνότητας ανακυκλοφορίας στραγγισμάτων στην απόδοση της ξηρής αναερόβιας χώνευσης του οργανικού κλάσματος των αστικών στερεών αποβλήτων, με εφαρμογή σε βιομηχανική κλίμακα. Η πειραματική διαδικασία πραγματοποιήθηκε στη Μονάδα Επεξεργασίας Απορριμμάτων (ΜΕΑ) Αλεξανδρούπολης, όπου εφαρμόζεται ξηρή αναερόβια χώνευση ασυνεχούς λειτουργίας σε αντιδραστήρες τύπου κελιών. Για την πειραματική διερεύνηση χρησιμοποιήθηκαν τρία κελιά, στα οποία εφαρμόστηκαν διαφορετικές συχνότητες ανακυκλοφορίας στραγγισμάτων, 10, 35 και 50 φορές ανά ημέρα, με τις υπόλοιπες βασικές συνθήκες λειτουργίας να διατηρούνται κατά το δυνατόν συγκρίσιμες.

Πριν από την κύρια πειραματική διαδικασία πραγματοποιήθηκε ξεχωριστός κύκλος αναερόβιας χώνευσης για την παραγωγή χωνευμένου υλικού, το οποίο χρησιμοποιήθηκε ως εμβόλιο στα τρία υπό μελέτη κελιά. Κατά τη διάρκεια του πειράματος καταγράφηκαν η παραγωγή και η σύσταση του παραγόμενου βιοαερίου, ενώ πραγματοποιήθηκε φυσικοχημικός χαρακτηρισμός του οργανικού κλάσματος, του χωνευμένου υλικού και των παραγόμενων στραγγισμάτων.

Τα αποτελέσματα ανέδειξαν διαφοροποιήσεις μεταξύ των τριών συχνοτήτων ανακυκλοφορίας, τόσο ως προς τη συνολική παραγωγή όσο και ως προς τη χρονική εξέλιξη της διεργασίας. Η υψηλότερη σωρευτική παραγωγή βιοαερίου καταγράφηκε στο κελί υψηλής συχνότητας ανακυκλοφορίας και ανήλθε σε 6.416,08 m³, έναντι 6.250,50 m³ και 6.156,50 m³ στα κελιά μέσης και χαμηλής συχνότητας, αντίστοιχα. Η περιεκτικότητα του παραγόμενου βιοαερίου σε μεθάνιο αυξήθηκε σταδιακά κατά τις πρώτες ημέρες της διεργασίας και στη συνέχεια διαμορφώθηκε σε επίπεδα περίπου 50–55% και στα τρία πειραματικά κελιά. Αντίστοιχα, η υψηλότερη σωρευτική παραγωγή μεθανίου καταγράφηκε στο κελί υψηλής συχνότητας και ανήλθε σε 3.482,56 m³, έναντι 3.306,75 m³ και 3.225,92 m³ στα άλλα δύο κελιά. Επιπλέον, στο κελί υψηλής συχνότητας η μέγιστη ημερήσια παραγωγή επιτεύχθηκε ήδη από τη 17η ημέρα, σημαντικά νωρίτερα από τα κελιά μέσης και χαμηλής συχνότητας, όπου καταγράφηκε την 30ή και 31η ημέρα, αντίστοιχα. Ωστόσο, το κελί μέσης συχνότητας παρουσίασε τη μεγαλύτερη μέγιστη ημερήσια παραγωγή, τόσο για το βιοαέριο όσο και για το μεθάνιο.

Τα αποτελέσματα καταδεικνύουν ότι η συχνότητα ανακυκλοφορίας των στραγγισμάτων αποτελεί κρίσιμη λειτουργική παράμετρο της ξηρής αναερόβιας χώνευσης, καθώς επηρεάζει τόσο τη συνολική απόδοση όσο και τη χρονική εξέλιξη της διεργασίας. Υπό τις συνθήκες της συγκεκριμένης εφαρμογής, η υψηλότερη συχνότητα ανακυκλοφορίας συνδέθηκε με τη μεγαλύτερη σωρευτική παραγωγή βιοαερίου και μεθανίου και με την ταχύτερη επίτευξη της μέγιστης ημερήσιας παραγωγής. Τα αποτελέσματα αυτά αναδεικνύουν τη σημασία της κατάλληλης επιλογής της στρατηγικής ανακυκλοφορίας κατά τη λειτουργία συστημάτων ξηρής αναερόβιας χώνευσης σε βιομηχανική κλίμακα.

Municipal Solid Waste (MSW) management represents one of the most significant environmental challenges facing modern societies, particularly in view of the continuously increasing generation of waste and the need to reduce its final disposal. The organic fraction constitutes a significant proportion of generated MSW and, due to its high content of biodegradable organic matter, requires appropriate management while also offering considerable potential for resource and energy recovery. In the transition from waste disposal towards waste recovery, anaerobic digestion represents one of the main biological treatment methods for the organic fraction of MSW. Its application is not limited to the stabilization of organic material, but also enables biogas production and energy recovery, thus contributing to a more integrated approach to organic waste management.

Among the different anaerobic digestion systems, dry anaerobic digestion is of particular interest for the treatment of organic waste with a high solids content. In batch systems, the recirculation of the produced leachate plays an important role in the progression of the process, as it contributes to maintaining the required moisture content and facilitates the transfer of dissolved organic compounds and microorganisms throughout the waste mass. The effectiveness of leachate recirculation depends, among other factors, on the way it is applied, with recirculation frequency being one of the parameters that may affect process performance.

Within this context, the present Master's thesis investigates the effect of leachate recirculation frequency on the performance of dry anaerobic digestion of the organic fraction of municipal solid waste at industrial scale. The experimental study was conducted at the Alexandroupolis Waste Treatment Plant (WTP), where dry anaerobic digestion is carried out in batch-operated cell-type reactors. Three cells were used for the experimental investigation, in which different leachate recirculation frequencies of 10, 35, and 50 times per day were applied, while the other main operating conditions were kept as comparable as possible.

Prior to the main experimental procedure, a separate anaerobic digestion cycle was carried out to produce digestate, which was subsequently used as inoculum in the three experimental cells. During the experiment, biogas production and composition were monitored, while the organic fraction, digestate, and produced leachate were physicochemically characterized.

The results revealed differences among the three recirculation frequencies in terms of both overall production and the temporal evolution of the process. The highest cumulative biogas production was recorded in the high-frequency recirculation cell, reaching 6,416.08 m³, compared with 6,250.50 m³ and 6,156.50 m³ in the medium- and low-frequency cells, respectively. The methane content of the produced biogas gradually increased during the first days of the process and subsequently stabilized at approximately 50–55% in all three experimental cells. Similarly, the highest cumulative methane production was recorded in the high-frequency cell, reaching 3,482.56 m³, compared with 3,306.75 m³ and 3,225.92 m³ in the medium- and low-frequency cells, respectively. Furthermore, in the high-frequency cell, maximum daily production was reached as early as day 17, considerably earlier than in the medium- and low-frequency cells, where it was recorded on days 30 and 31, respectively. However, the medium-frequency cell exhibited the highest maximum daily production of both biogas and methane.

The results demonstrate that leachate recirculation frequency is a critical operating parameter in dry anaerobic digestion, affecting both the overall process performance and its temporal evolution. Under the conditions examined in this study, the highest recirculation frequency was associated with the greatest cumulative production of both biogas and methane, as well as the earliest attainment of maximum daily production. These findings highlight the importance of selecting an appropriate leachate recirculation strategy for the operation of industrial-scale dry anaerobic digestion systems.