Ανάλυση της υδροδυναμικής συμπεριφοράς και μεταφοράς και αποδόμησης ρύπων σε πορώδη μέσα
Authors: Λιώλιος Κωνσταντίνος 
Published: August 2021

Στην παρούσα Διδακτορική Διατριβή γίνεται μια ανάλυση της λειτουργίας τωνΤεχνητών Υγροβιότοπων Οριζόντιας Υπόγειας Ροής (Τ.Υ.Ο.Υ.Ρ.) ως προς τις υδραυλικέςτους ιδιότητες και την αποδόμηση των ρύπων. Σχετικά προτείνεται η ανάπτυξη μοντέλωντα οποία βαθμονομούνται με πολυετή χρονοσειρά μετρήσεων του ΕργαστηρίουΟικολογικής Μηχανικής και Τεχνολογίας (Ε.Ο.Μ.Τ.) σε πιλοτικές μονάδες. Δίνεταιέμφαση στη μελέτη της επίδρασης των κλιματικών παραγόντων (εξατμισοδιαπνοή καιβροχόπτωση) σε Τ.Υ.Ο.Υ.Ρ. που λειτουργούν υπό Μεσογειακές συνθήκες.Αρχικά γίνεται μια τοποθέτηση και ανάλυση του προβλήματος της μεταφοράς καιαποδόμησης ρύπων σε πορώδη μέσα. Διατυπώνεται μαθηματικά το πρόβλημα σανσύστημα διαφορικών εξισώσεων με μερικές παραγώγους και αναλύεται η αριθμητική τουεπίλυση. Στη συνέχεια γίνεται εφαρμογή σε Τ.Υ.Ο.Υ.Ρ. Περιγράφεται συνοπτικά ητεχνική των Τεχνητών Υγροβιότοπων (Τ.Υ.) και των παραμέτρων που επηρεάζουν τηναπόδοση τους και αναλύεται η χρησιμότητα και τα πλεονεκτήματα της εφαρμογής τουςστην Ελλάδα.Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στην αριθμητική προσομοίωση της αποδόμησης τωνρύπων, και ειδικότερα στην επιλογή του κατάλληλου τύπου βιογεωχημικών αντιδράσεων και στην εκτίμηση του βέλτιστου εύρους τιμών για τους συντελεστές αποδόμησης. Επίσης,εξετάζεται η επίδραση που έχουν οι κλιματικές παράμετροι στην απόδοση τωνΤ.Υ.Ο.Υ.Ρ., και συγκεκριμένα η βροχόπτωση και η εξατμισοδιαπνοή. Ιδιαίτερα για την εξατμισοδιαπνοή, έχει διαπιστωθεί ότι έχει σημαντική επίδραση στην λειτουργία τωνΤ.Υ.Ο.Υ.Ρ. υπό Μεσογειακές συνθήκες, κάτι που όπως προέκυψε από την αναζήτηση τηςβιβλιογραφίας δεν έχει διερευνηθεί σε μεγάλο βαθμό διεθνώς.Για την εκτίμηση των παραμέτρων αποδόμησης γίνεται ανάλυση των διαθέσιμωνπειραματικών δεδομένων για πιλοτικούς Τ.Υ.Ο.Υ.Ρ., από προηγούμενη ΔιδακτορικήΔιατριβή που πραγματοποιήθηκε στο Ε.Ο.Μ.Τ. Τα δεδομένα αυτά αφορούν πειράματαδιάρκειας πάνω από δύο χρόνια σε πέντε πιλοτικές ορθογωνικές δεξαμενές Τ.Υ.Ο.Υ.Ρ., μεδιαστάσεις 3 m μήκος, 0.75 m πλάτος και 1 m βάθος. Το πάχος του εκάστοτε πληρωτικούυλικού ήταν 0.45 m.Στην παρούσα Διατριβή τα πειραματικά δεδομένα αναλύθηκαν καιπροσομοιώθηκαν με τη χρήση του υπολογιστικού κώδικα MODFLOW, που είναι ένα απότα πλέον κατάλληλα πακέτα λογισμικού για προσομοίωση υπόγειας ροής. Το MODFLOWσυνδυάστηκε με τα πακέτα MT3DMS και RT3D για την προσομοίωση της μεταφοράς καιτης αποδόμησης ρύπων, τόσο των μεμονωμένων όσο και αυτών που αλληλεπιδρούνμεταξύ τους.Τα κύρια σημεία της πρωτοτυπίας της έρευνας είναι, μεταξύ άλλων, ότι εκτιμήθηκαν οι συντελεστές αποδόμησης, αφενός ενός μη προσροφούμενου ρύπου (τουΒιοχημικά Απαιτούμενου Οξυγόνου - BOD) και αφετέρου ενός προσροφούμενου ρύπου(του Ολικού Φωσφόρου - TP). Επίσης, προσομοιώθηκε η ποσοτική επίδραση κλιματικώνφαινομένων (βροχόπτωση και εξατμισοδιαπνοή) στη λειτουργία και στην απόδοση τωνΤ.Υ.Ο.Υ.Ρ. Τα φαινόμενα αυτά αποδείχθηκε ότι επιδρούν σημαντικά στην απόδοση τηςεγκατάστασης, καθώς η βροχόπτωση αραιώνει το λύμα και μειώνει την εξερχόμενησυγκέντρωση, ενώ αντιθέτως η εξατμισοδιαπνοή συμπυκνώνει το λύμα και αυξάνει τηνεξερχόμενη συγκέντρωση. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσίασε η μελέτη τηςεξατμισοδιαπνοής, που είναι ένα σημαντικό φαινόμενο κατά τους θερινούς μήνες στομεσογειακό κλίμα και μπορεί να προκαλέσει την προσωρινή διακοπή της εκροής τουλύματος από τους Τ.Υ.Ο.Υ.Ρ. Επιπλέον, για να διερευνηθεί η ενδεχόμενη βελτίωση τηςαπόδοσης των Τ.Υ.Ο.Υ.Ρ. σε απομάκρυνση ρύπων, αναλύθηκαν εναλλακτικές τεχνικέςτροφοδότησης του λύματος (επανακυκλοφορία, τμηματική τροφοδοσία). Σε όλες τιςπεριπτώσεις έγινε σύγκριση των αριθμητικών αποτελεσμάτων με τα υφιστάμεναπειραματικά δεδομένα, με πολύ ικανοποιητική σύγκλιση.Τα κύρια αποτελέσματα της Διατριβής είναι ότι προσφέρει ένα εργαλείο αφενός για τη ρεαλιστική προσομοίωση της λειτουργίας και αφετέρου για τη βελτιστοποίηση των παραμέτρων της μελέτης σχεδιασμού των Τ.Υ.Ο.Υ.Ρ. Επιπλέον, με τη μελέτη τωνφαινομένων της βροχόπτωσης και εξατμισοδιαπνοής, είναι δυνατή η πρόβλεψη τηςσυμπεριφοράς των Τ.Υ.Ο.Υ.Ρ. υπό Μεσογειακές συνθήκες.