Βιολογική αφαίρεση φωσφόρου με ταυτόχρονη απονιτροποίηση σε σύστημα διπλής ενεργού ιλύος για την επεξεργασία αστικών λυμάτων
Authors: Καπαγιαννίδης Αναστάσιος 
Published: January 2014

Με την αύξηση της κοινωνικής ευαισθησίας σε θέματα προστασίας του περιβάλλοντος εντατικοποιείται η ανάγκη για την εφαρμογή τεχνολογιών για την προστασία των υδατικών πόρων. Με την αναγνώριση της συμβολής των θρεπτικών συστατικών, και κυρίως του φωσφόρου (Ρ), στην ανάπτυξη του φαινομένου του ευτροφισμού των υδάτων, ήδη από το 1991 η Ευρωπαϊκή Κοινότητα έχει θεσπίσει ανώτατα όρια εκπομπών των συγκεκριμένων συστατικών σε ευαίσθητους αποδέκτες (91/271/ΕΟΚ). Έτσι, η σχετική έρευνα, κυρίως κατά τις 2 τελευταίες δεκαετίες έχει προσανατολιστεί στην ανάπτυξη νέων, αποτελεσματικών και αξιόπιστων μεθόδων επεξεργασίας για την αφαίρεση φωσφόρου από υγρά απόβλητα. Οι μέθοδοι αυτές διαφοροποιούνται κυρίως σε δύο ομάδες, τις χημικές και τις βιολογικές μεθόδους, με τις τελευταίες να υπερτερούν από οικονομική και φιλοπεριβαλλοντική σκοπιά. Παρόλο που η Βιολογική Αφαίρεση Φωσφόρου (ΒΑΦ) έχει αποδείξει την αποτελεσματική της εφαρμογή στην πράξη, συνιστά, ταυτόχρονα, μία αρκετά ευαίσθητη διεργασία, κυρίως λόγω της εκτεταμένης μικροβιολογικής βάσης στην οποία στηρίζεται. Επιπρόσθετα, οι συμβατικές μέθοδοι βιολογικής αφαίρεσης φωσφόρου, κατά τις οποίες η αφαίρεσή του πραγματοποιείται υπό αερόβιες συνθήκες, συχνά καθίστανται αναποτελεσματικές λόγω της ευαισθησίας τους σε συγκεκριμένες λειτουργικές και περιβαλλοντικές συνθήκες. Η συγκεκριμένη διδακτορική διατριβή έχει ως βασικό στόχο τη διερεύνηση της διεργασίας της βιολογικής αφαίρεσης φωσφόρου υπό ανοξικές συνθήκες. Η συγκεκριμένη διεργασία επιτυγχάνεται από βακτήρια αφομοίωσης φωσφόρου (Phosphorus Accumulating Organisms ή PAOs) με ικανότητα χρήσης και ΝΟ3 -, αντί αμιγώς Ο2, για τη δέσμευση Ρ από το μικτό υγρό ενός συστήματος ΒΑΦ. Η διεργασία αυτή συνοδεύεται από σημαντικά πλεονεκτήματα, έναντι της συμβατικής αερόβιας, με βασικότερα τη βέλτιστη χρήση του οργανικού υποστρώματος του υγρού αποβλήτου, την αποφυγή αερισμού στη διεργασία αφαίρεσης φωσφόρου και την καταστολή φαινομένων διόγκωσης ιλύος. Για το σκοπό αυτό, μία σειρά από πειραματικές διατάξεις που περιλαμβάνουν αντιδραστήρες διαλείποντος έργου και συστήματα συνεχούς ροής για την επεξεργασία συνθετικού υγρού αποβλήτου καθώς και πραγματικών αστικών λυμάτων χρησιμοποιήθηκαν στο εργαστήριο. Η μέθοδος της βιολογικής αφαίρεσης φωσφόρου υπό ανοξικές συνθήκες απέδειξε την πρακτική εφαρμοσιμότητά της στην επεξεργασία αστικών λυμάτων, καθώς και την υψηλή απόδοσή της σε αφαίρεση οργανικής ρύπανσης και θρεπτικών συστατικών, σε ένα σύστημα συνεχούς ροής σχεδιασμένο με βάση τη μέθοδο DEPHANOX. Επίσης, η σύγκριση των λειτουργικών και αναλυτικών δεδομένων που προέκυψαν για την συγκεκριμένη μέθοδο έναντι της πλέον διαδεδομένης μεθόδου αφαίρεσης θρεπτικών, της τροποποιημένης UCT, επέτρεψε την ποσοτικοποίηση των οικονομικών οφελών που προκύπτουν από την εφαρμογή της πρώτης, έναντι της δεύτερης. Σε ένα σύστημα συνεχούς ροής για την επεξεργασία συνθετικού υγρού αποβλήτου μελετήθηκαν οι βασικές λειτουργικές παράμετροι που επηρεάζουν τη διεργασία αφαίρεσης φωσφόρου υπό ανοξικές συνθήκες. Επιπλέον, πειράματα σε αντιδραστήρες διαλείποντος έργου διενεργήθηκαν για τη μελέτη της κινητικής της διεργασίας αφαίρεσης Ρ υπό αερόβιες και ανοξικές συνθήκες. Σε αντίστοιχα πειράματα διερευνήθηκε η επιρροή που ασκεί η ποσότητα του οργανικού υποστρώματος που διατίθεται υπό αναερόβιες συνθήκες, στη διεργασία δέσμευσης Ρ κατά τις ακόλουθες αερόβιες και ανοξικές συνθήκες. Τα συμπεράσματα που προέκυψαν από τη παρούσα έρευνα έχουν αναφορά σε ένα ευρύ φάσμα των σύγχρονων ερευνητικών ενδιαφερόντων περί της βιολογικής αφαίρεσης φωσφόρου σχετικά με το σχεδιασμό και λειτουργία συστημάτων επεξεργασίας αστικών λυμάτων, καθώς και τη συμπεριφορά των βακτηρίων PAOs σε διαφορετικές περιβαλλοντικές συνθήκες. Η, μέχρι σήμερα, αδυναμία μεταφοράς των ερευνητικών αποτελεσμάτων στη διαμόρφωση ενός συστήματος βιολογικής επεξεργασίας λυμάτων σε πλήρη κλίμακα, σχεδιασμένο για αφαίρεση φωσφόρου υπό ανοξικές συνθήκες, πιθανά οφείλεται στη σχετική ανεπάρκεια αντίστοιχων ερευνών με χρήση πραγματικών λυμάτων, γεγονός που, σε ορισμένο βαθμό, καλύπτει η συγκεκριμένη έρευνα.