Πειραματική μελέτη απομάκρυνσης ειδικών ρύπων σε πιλοτικές μονάδες τεχνητών υγροβιοτόπων
Authors: Παπαευαγγέλου Βασιλική 
Published: September 2021

Στα πλαίσια της παρούσας διατριβής χρησιμοποιήθηκαν πιλοτικά συστήματα τεχνητών υγροβιότοπων οριζόντιας υπόγειας ροής (ΤΥΟΥΡ) και κατακόρυφης ροής (ΤΥΚΡ) για την επεξεργασία λύματος των φοιτητικών εστιών Ξάνθης, λύματος εμπλουτισμένο με χρώμιο, καθώς και νερού εμπλουτισμένου με φυτοφάρμακο. Συγκεκριμένα, χρησιμοποιήθηκαν 5 πιλοτικές μονάδες οριζόντιας υπόγειας ροής και 3 πιλοτικές μονάδες κατακόρυφης ροής. Από τις πιλοτικές μονάδες ΤΥΟΥΡ τρεις περιείχαν μέσο χαλίκι (MG-R, MG-C, MG-Z), μια περιείχε λεπτό χαλίκι (FG-R) και μια κροκάλες (CO-R). Από τις τρεις πιλοτικές μονάδες, που περιείχαν μέσο χαλίκι, η μία ήταν φυτεμένη με καλάμι (MG-R), η άλλη με ψαθί (MG-C) και η τρίτη ήταν αφύτευτη (MG-Z). Οι άλλες δύο πιλοτικές μονάδες ήταν φυτεμένες με καλάμι (FG-R, CO-R). Το πληρωτικό υλικό των μονάδων ΤΥΚΡ ήταν σε τέσσερες στρώσεις και αποτελούνταν, από τον πυθμένα προς την επιφάνεια, από: κροκάλα, μέσο χαλίκι, λεπτό χαλίκι και άμμο. Μία μονάδα ήταν φυτεμένη με κοινό καλάμι (W1), μία με ψαθί (W2), ενώ η τρίτη ήταν αφύτευτη (W3). Στους ΤΥΟΥΡ εφαρμόστηκαν τέσσερις υδραυλικοί χρόνοι παραμονής (6, 8, 14 και 20 ημέρες). Στους ΤΥΚΡ εφαρμόστηκαν τρεις διαφορετικές στρατηγικές τροφοδοσίας του αποβλήτου: 2 ημέρες φορτίσεων ακολουθούμενες από 4, 6 και 8 ημέρες ανάπαυσης, αντίστοιχα. Η διατριβή επικεντρώθηκε στη μελέτη των εξής ρύπων: Κοινοί ρύποι (Οργανική ύλη (BOD5, COD), Άζωτο (NH4-N, NΟ2-N, NΟ3-N, TKN), Φώσφορος (ΤΡ, ΟΡ), Αιωρούμενα στερεά (TSS),Ολικά κολοβακτηριοειδή (TC)), Ενδοκρινικοί Διαταράκτες ((EDCs), Νonylphenol (NP) και τα αιθοξυλιωμένα παράγωγά της: NP1EO, NP2EO, Βisphenol A (BPA), Τriclosan (TCS)), Μυκητοκτόνο Boscalid, Χρώμιο (ολικό και διαλυμένο)Κοινοί ρύποι: Στόχος ήταν η αξιολόγηση της ολικής απόδοσης των πιλοτικών μονάδων ΤΥΟΥΡ (MG-R, MG-C, MG-Z) και ΤΥΚΡ (W1, W2, W3) στην απομάκρυνση των ρύπων αυτών και η επίδραση διαφόρων λειτουργικών και σχεδιαστικών παραμέτρων όπως είναι: η θερμοκρασία και η εποχιακή διακύμανση, η παρουσία και το είδος της βλάστησης, το καθεστώς τροφοδοσίας (HRT για τους ΤΥΟΥΡ και παράλληλα κελιά για τους ΤΥΚΡ). Τα αποτελέσματα συγκρίθηκαν επίσης με τα αποτελέσματα από προηγούμενες διατριβές οι οποίες διεξήχθησαν στα ίδια πιλοτικά συστήματα και κάτω από παρόμοιες λειτουργικές συνθήκες αλλά αντί για φυσικό λύμα χρησιμοποιήθηκε συνθετικό λύμα. Τα αποτελέσματα απέδειξαν την καλή συνολική απόδοση των συστημάτων αυτών. Η απόδοση των πιλοτικών μονάδων επηρεάζεται από την βλάστηση, τη θερμοκρασία (εποχιακή διακύμανση) και από το καθεστώς τροφοδοσίας. Πιο συγκεκριμένα, οι φυτεμένες μονάδες εμφάνισαν καλύτερα αποτελέσματα σε σύγκριση με την αφύτευτη, ενώ τα συστήματα έδειχναν να λειτουργούν καλύτερα τους πιο θερμούς μήνες. Στα συστήματα ΤΥΟΥΡ τα ποσοστά απομάκρυνσης ήταν υψηλότερα στην προηγούμενη διατριβή (συνθετικό λύμα) όσον αφορά την οργανική ύλη, ενώ όσον αφορά τους υπόλοιπους ρύπους, τα ποσοστά ήταν υψηλότερα στην παρούσα μελέτη στις περισσότερες περιπτώσεις και κυρίως στις φυτεμένες μονάδες. Στα συστήματα ΤΥΚΡ τα ποσοστά απομάκρυνσης ήταν καλύτερα στην προηγούμενη διατριβή (συνθετικό λύμα) σε σύγκριση με την παρούσα μελέτη. Τέλος, τα αποτελέσματα υπογράμμισαν την μακροπρόθεσμη και αποτελεσματική λειτουργία των συστημάτων αυτών, καθώς έχουν κατασκευαστεί και βρίσκονται σε λειτουργία πολλά χρόνια.Ενδοκρινικοί Διαταράκτες (EDCs): Στόχος του συγκεκριμένου τμήματος της διατριβής ήταν η διερεύνηση της απομάκρυνσης των EDCs από αστικά λύματα με μια εναλλακτική και φιλοπεριβαλλοντική τεχνολογία, τους ΤΥΟΥΡ (MG-R, MG-C, MGZ) και τους ΤΥΚΡ (W1, W2, W3). Οι ενώσεις που διερευνήθηκαν ήταν: Bisphenol A (BPA), Nonylphenol (NP), Nonylphenol monoethoxylate (NP1EO), Nonylphenol diethoxylate (NP2EO) και Triclosan (TCS). Στα συστήματα ΤΥΟΥΡ, τα αποτελέσματα έδειξαν μέσες απομακρύνσεις 49,6%, 51,4% και 48,4% στην MG-R, 50,0%, 99,0% και 66,0% στην MG-C και 55,4%, 98,9% και 80,3% στην MG-Z για τις BPA, NP1EO and NP2EO, αντίστοιχα. Η ένωση NP δεν έδειξε να απομακρύνεται αλλά αντιθέτως η συγκέντρωσή της αυξήθηκε κατά 48,0%, 43,7% και 51,9% στις μονάδες MG-R, MG-C και MG-Z, αντίστοιχα. Η ένωση TCS δεν ανιχνεύθηκε στο εισερχόμενο λύμα. Στα συστήματα ΤΥΚΡ οι μέσες απομακρύνσεις ήταν 45,6%, -12,5%, 41,5% και 72,2% στην W1, 60,0%, 96,2%, 99,0% και 99,8% στην W2, και 59,0%, 95,6%, 98,7% και 99,8% στην W3 για τις BPA, NP, NP1EO, NP2EO, αντίστοιχα. Η μελέτη έδειξε ότι οι κύριοι μηχανισμοί απομάκρυνσης των EDCs είναι η βιοαποδόμηση κάτω από αερόβιες ή/και αναερόβιες συνθήκες και η προσρόφηση στην οργανική ύλη που συσωρεύτηκε στο πληρωτικό υλικό.Μυκητοκτόνο Boscalid: Στόχος του συγκεκριμένου μέρους της διατριβής ήταν η διερεύνηση της αποτελεσματικότητας των πιλοτικών συστημάτων ΤΥΟΥΡ (FG-R, CO-R) όσον αφορά την επεξεργασία επιρρυπασμένων με boscalid νερών, τα οποία προέρχονται από το ξέπλυμα αγροτικών ψεκαστικών μηχανημάτων. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα η απομάκρυνσή του κυμάνθηκε από 49 - 100%. Οι μέσες τιμές απομάκρυνσης ήταν 76,3 % και 72,4 % στις πιλοτικές μονάδες FG-R και CO-R, αντίστοιχα. Συμπερασματικά, τα συστήματα ΤΥΟΥΡ φαίνονται αποτελεσματικά στην επεξεργασία ρυπασμένων νερών με το συγκεκριμένο μυκητοκτόνο (boscalid). Χρώμιο: Στο συγκεκριμένο σκέλος στόχος ήταν η διερεύνηση της απομάκρυνσης χρωμίου (ολικού και διαλυμένου) με την χρήση ΤΥΟΥΡ (MG-C, MG-Z) και TYΚΡ (W2, W3) καθώς και η πορεία και κατανομή του μέσα στο περιβάλλον του υγροβιότοπου. Εκτός από συνεχή παράλληλα πειράματα εκτελέστηκαν και batch πειράματα (κινητική και ισόθερμες προσρόφησης) για να διερευνηθεί η προσροφητική ικανότητα του υλικού πλήρωσης. Τα συστήματα ΤΥΟΥΡ εμφάνισαν καλύτερη απόδοση στην απομάκρυνση του χρωμίου σε σύγκριση με τα συστήματα ΤΥΚΡ, ενώ και στους δύο τύπους οι φυτεμένες μονάδες επέδειξαν καλύτερη απόδοση σε σχέση με τις αφύτευτες μονάδες. Η κατανομή του χρωμίου στα διάφορα μέρη του ΤΥ (πληρωτικό υλικό, φυτό, νερό πόρων) καθώς και το ισοζύγιο μάζας τόνισε την μεγάλη συμβολή του υποστρώματος στην κατακράτηση του χρωμίου, ενώ η συσσώρευσή του στο φυτό δεν ήταν τόσο υψηλή. Τέλος, τα πειραματικά αποτελέσματα ανταποκρίθηκαν καλύτερα στα μοντέλα ψευδο-πρώτης τάξης (κινητική προσρόφησης) και Langmuir (ισόθερμες προσρόφησης).