Αξιολόγηση και βελτιστοποίηση απόδοσης τεχνικών αποκατάστασης σημειακών πηγών ρύπανσης υδάτων από υπολείμματα γεωργικών φαρμάκων
Authors: Παρλακίδης Παρασκευάς 
Published: September 2023

Τα γεωργικά φάρμακα (ΓΦ) είναι χημικές ενώσεις που χρησιμοποιούνται για τον έλεγχο ζιζανίων, ασθενειών και εχθρών με σκοπό την αύξηση της παραγωγής και τη βελτίωση της ποιότητας των τροφίμων. Όλες οι πρακτικές που περιλαμβάνουν τη χρήση ΓΦ μπορεί να οδηγήσουν στην είσοδό τους σε επιφανειακά ή υπόγεια ύδατα, προκαλώντας δυσμενείς επιπτώσεις στην δημόσια υγεία και ρύπανση του περιβάλλοντος. Οι βιοκλίνες είναι τεχνολογία που εφαρμόζεται με σκοπό την μεταχείριση των επικίνδυνων για το περιβάλλον υπολειμμάτων ΓΦ που προκύπτουν από σημειακές πηγές ρύπανσης κατά την διάρκεια γεωργικών δραστηριοτήτων. Η αποτελεσματικότητά τους βασίζεται στην ικανότητά τους να προσροφούν, να συγκρατούν και να αποδομούν ΓΦ, μέσω του βιομίγματος που εμπεριέχουν. Οι Τεχνητοί Υγροβιότοποι (ΤΥ) είναι τεχνολογία επεξεργασίας βιομηχανικών, αστικών και αγροτικών λυμάτων που σχεδιάζονται και κατασκευάζονται για να προσομοιώνουν τις πραγματικές φυσικές, χημικές και βιολογικές διεργασίες που παρατηρούνται σε φυσικούς υγροβιοτόπους. Οι διεργασίες αυτές συμβάλουν στην απομάκρυνση των ρύπων μέσω των διαδικασιών της βιοαποδόμησης, της φυτικής πρόσληψης, της συγκράτησής και της προσρόφησής.Το myclobutanil είναι ένα ευρέως φάσματος διασυστηματικό μυκητοκτόνο, το οποίο ανήκει στην χημική ομάδα των τριαζολών. Παρουσιάζει μέτρια πιθανότητα έκπλυσης στα υπόγεια ύδατα και υψηλή σταθερότητα στο έδαφος και τα υδάτινα οικοσυστήματα. Θεωρείται μετρίως τοξικό για οργανισμούς όπως τις μέλισσες, τα ψάρια και τα άλγη. Το triticonazole, επίσης ένα μυκητοκτόνο που ανήκει στις τριαζόλες, παρουσιάζει μέτρια πιθανότητα έκπλυσης, είναι σταθερό στο έδαφος και μπορεί να είναι τοξικό για διάφορους υδρόβιους οργανισμούς. Το fluopyram είναι ένα ευρέως χρησιμοποιούμενο μυκητοκτόνο που ανήκει στην ομάδα των πυραμιδών. Σε πολλές περιπτώσεις, παρατηρείται υψηλή προσρόφηση στα εδάφη προκαλώντας αρνητικές επιπτώσεις στην ανάπτυξη και την δραστηριότητα των μικροβιακών κοινοτήτων του εδάφους. Επίσης, παρουσιάζει μέτρια πιθανότητα έκπλυσης στους υπόγειους υδροφόρους ορίζοντες. Στα πλαίσια της παρούσας διατριβής χρησιμοποιήθηκαν πιλοτικά συστήματατεχνητών υγροβιότοπων οριζόντιας υπόγειας ροής (ΤΥΟΥΡ) και αξιολογήθηκε η αποτελεσματικότητα βιομιγμάτων προς πλήρωση βιοκλινών πλήρους κλίμακας με σκοπό την επεξεργασία αγροτικών λυμάτων, προερχόμενα από λαθεμένη χρήση του ψεκαστικού. Τα τεχνητά λύματα που χρησιμοποιήθηκαν κατά τις πειραματικές διαδικασίες, εμπεριείχαν τα μυκητοκτόνα fluopyram, myclobutanil και triticonazole. Πιο συγκεκριμένα πραγματοποιήθηκαν: A) Αξιολόγηση της απομάκρυνσης των παραπάνω μυκητοκτόνων με χρήση βιομιγμάτων, η επίδραση του βιοεμπλουτισμού με ριζοβακτήρια που προάγουν την ανάπτυξη των φυτών (PGPR) και η προσθήκη ζεόλιθου: Ειδικότερα, εξετάστηκε η επίδραση του βιολογικού εμπλουτισμού με χρήση του βακτηρίου Pseudomonas putida (Βιομίγμα Α) και η επίδραση της προσθήκης φυσικού ζεόλιθου (Βιομίγμα C) σε βιομίγματα, τα οποία φορτίστηκαν με τα μυκητοκτόνα fluopyram (20 mg/kg), myclobutanil (10 mg/kg) και triticonazole 30 mg/kg). Ως μεταχείριση-μάρτυρας χρησιμοποιήθηκε βιομίγμα, το οποίο δεν εμπεριείχε φυσικό ζεόλιθο και δεν εμπλουτίστηκε με εξωγενή βιολογικό παράγοντα (Βιομίγμα Β). Ο βιολογικός εμπλουτισμός αύξησε τον ρυθμό αποδόμησης όλων των μυκητοκτόνων (τιμές DT50: 9,5, 7,7 και 10,5 ημέρες για το myclobutanil, το fluopyram και το triticonazole, αντίστοιχα), σε σύγκριση με το Βιομίγμα Β. Αντίθετα, στα δείγματα του Βιομίγματος C που εμπεριείχαν φυσικό ζεόλιθο, o ρυθμός αποδόμησης των μυκητοκτόνων ήταν χαμηλότερος. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα της α-ποικιλότητας, το Βιομίγμα Α εμφάνισε υψηλότερη μικροβιακή ποικιλότητα σε σύγκριση με τα Βιομίγμα Β, ενώ η μεγαλύτερη μικροβιακή ποικιλότητα παρουσιάστηκε στην περίπτωση του βιομίγματος C. Τα αποτελέσματα της β-ποικιλότητας έδειξαν ότι ο βιολογικός εμπλουτισμός και η παρουσία του φυσικού ζεόλιθου επηρέασαν τη μικροβιακή ποικιλότητα κατά τις πρώτες ημέρες του πειράματος, καθώς παρουσιάστηκε ανάπτυξη των Gammaproteobacteria (Proteobacteria).B) Διερεύνηση της απομάκρυνσης του fluopyram από νερό έκπλυσης από γεωργικό εξοπλισμό μέσω ΤΥΟΥΡ πιλοτικής κλίμακας: Χρησιμοποιήθηκαν πέντε μονάδες ΤΥΟΥΡ για την διερεύνηση της απομάκρυνσης του μυκητοκτόνου fluopyram από το νερό έκπλυσης του ψεκαστήρα κατά τον καθαρισμό του. Οι ΤΥΟΥΡ WG-R, WG-R-P, WG-C και WG-U, περιείχαν λεπτό χαλίκι ως πληρωτικό υλικό. Οι μονάδες WG-R και WG-R-P φυτεύτηκαν με Phragmites australis, η WG-C με Typha latifolia και η WG-U παρέμεινε αφύτευτη. Ο βιολογικός εμπλουτισμός με ριζοβακτήρια που προάγουν την ανάπτυξη των φυτών πραγματοποιήθηκε στη μονάδα WG-R-P. Η πέμπτη μονάδα (WGZ-R) φυτεύτηκε με Phragmites australis και περιείχε χαλίκι και ζεόλιθο ως πληρωτικό υλικό. Όλες οι μονάδες φορτίζονταν σε καθημερινή βάση από τον Δεκέμβριο του 2019 έως τον Ιανουάριο του 2021 με υδατικό διάλυμα που εμπεριείχε fluopyram. Το ποσοστά απομάκρυνσης που καταγράφηκαν ήταν WG-R-P (70,67%) > WGZ-R (62,06%) > WG-C (59,98%) > WG-R (36,10%) > WG-U (25,09%). Οι πιο σημαντικές παράμετροι που επηρεάζουν την απομάκρυνση του fluopyram ήταν βιολογικός εμπλουτισμός, η παρουσία ζεόλιθου στο πληρωτικό υλικό και τα είδη των φυτών. Η μονάδα WG-R-P έδειξε μεγαλύτερη απομάκρυνση του fluopyram σε σύγκριση με την WG-R (διαφορά περίπου 96%), ο ζεόλιθος αύξησε την απομάκρυνση κατά 72% και η μονάδα WG-C έδειξε 66% μεγαλύτερη απομάκρυνση από την WG-R μονάδα. Γ) Διερεύνηση της απομάκρυνσης των myclobutanil και triticonazole από γεωργικά λύματα μέσω ΤΥΟΥΡ πιλοτικής κλίμακας: Σκοπός της παρούσας μελέτης ήταν να διερευνήσει την αποτελεσματικότητα τεσσάρων μονάδων ΤΥΟΥΡ πιλοτικής κλίμακας για την απομάκρυνση των μυκητοκτόνων myclobutanil και triticonazole. Η καθημερινή φόρτιση των τεσσάρων μονάδων πραγματοποιήθηκε από τον Μάρτιο του 2022 έως τον Ιούλιο του 2022 με υδατικό διάλυμα που εμπεριείχε myclobutanil και triticonazole. Τρεις από τις τέσσερις μονάδες (WMG-R, WMG-C και WMG-U) είχαν ως πληρωτικό υλικό με μεσαίο χαλίκι (MG) και η τέταρτη (WFG-R) είχε λεπτό χαλίκι (FG). Το κοινό καλάμι (R, Phragmites australis) φυτεύτηκε στις μονάδες WMG-R και WFG-R και το ψαθί (C, Typha latifolia) στη μονάδα WMG-C. Η μονάδα WMG-U, που δεν είχε κάποιο είδος βλάστησης, χρησιμοποιήθηκε ως μονάδα-μάρτυρας. Τα ποσοστά απομάκρυνσης είχαν την εξής σειρά: WFG-R (88,4%) > WMG-R > (83,4%) > WMG-C (59,3%) > WMG-U (36,6%) και WFG-R (88,5%) ) > WMG-C (71,0%) > WMG-R > (70,9%) > WMG-U (49,2%) για το myclobutanil και το triticonazole, αντίστοιχα. Οι πιο σημαντικοί παράγοντες που επηρέασαν τη απομάκρυνση των μυκητοκτόνων ήταν η σύσταση του πληρωτικού υλικού και τα είδη των φυτών. Συνολικά, η παρούσα διδακτορική διατριβή παρέχει μια ολοκληρωμένη αξιολόγηση βιομίγματων προς πλήρωση βιοκλίνης πλήρους κλίμακας και πιλοτικών ΤΥ ως μεθόδους επεξεργασίας των αγροτικών υγρών αποβλήτων που προέρχονται από βιομηχανίες επικάλυψης σπόρων ή από ατυχήματα κατά την πλήρωση ή τον καθαρισμό του ψεκαστήρα. Τα ευρήματα της παρούσας διατριβή αποδεικνύουν ότι τα συγκεκριμένα συστήματα αποκατάστασης θα μπορούσαν να είναι μια βιώσιμη λύση για την επεξεργασία των συγκεκριμένων μυκητοκτόνων. Παρόμοιες μελέτες θα μπορούσαν να πραγματοποιηθούν για την διερεύνηση της απομάκρυνσης πληθώρας οργανικών ρύπων.