Επεξεργασία υδάτων με συνδυασμό οζονισμού και μεμβρανών
Authors: Στυλιανού Στυλιανός 
Published: September 2021

Στην παρούσα διδακτορική διατριβή μελετήθηκε η εφαρμογή μεμβρανών επαφής αερίου-υγρού για την επεξεργασία των επιφανειακών υδάτων με τη χρήση όζοντος. Για την ανάπτυξη της συγκεκριμένης διεργασίας επιλέχθηκε η χρήση μεμβρανών α-Al2O3 (κεραμικές), λόγω της χημικής και μηχανικής αντοχής τους σε οξειδωτικό περιβάλλον καθώς και της υψηλής διαπερατότητάς τους. Αρχικά, μελετήθηκε η επίδραση του υδρόφιλου/υδρόφοβου χαρακτήρα της μεμβράνης στην απόδοση της μεταφοράς του όζοντος στο νερό. Στα πλαίσια της μελέτης αυτής, χρησιμοποιήθηκαν 4 διαφορετικά οργανοσιλάνια για την υδρόφοβη τροποποίηση της εσωτερικής επιφάνειας των κυλινδρικών μεμβρανών α-Al2O3. Ο υπολογισμός της πίεσης σχηματισμού των φυσαλίδων για τις διάφορες μεμβράνες επιβεβαίωσε τα πλεονεκτήματα της χρήσης υδρόφοβων μεμβρανών επαφής για την μεταφορά του όζοντος στο νερό. Η αύξηση του υδρόφοβου χαρακτήρα της μεμβράνης μείωσε σημαντικά την απαιτούμενη διαφορά πίεσης για τον εκτοπισμό της υδατικής φάσης από τους πόρους, περιορίζοντας έτσι την αντίσταση της μεμβράνης στη μεταφορά μάζας. Η μεμβράνη α-Al2O3, η οποία τροποποιήθηκε με το trichloromethylsilane (triClMS), παρουσίασε την υψηλότερη υδροφοβικότητα (γωνίας επαφής 140°) και κρίθηκε ως η καταλληλότερη για τη μεταφορά του όζοντος στο νερό. Η μεμβράνη triClMS χρησιμοποιήθηκε για να αξιολογήθει η επίδραση διαφόρων παραμέτρων (π.χ. ταχύτητα υδατικής φάσης, τιμή pH, θερμοκρασία κ.α.) στη συγκεντρωση του διαλυμένου όζοντος στην έξοδο της μεμβράνης επαφής. Παράλληλα, αναπτύχθηκε ένα μαθηματικό μοντέλο για την περιγραφή της διεργασίας μεταφοράς του όζοντος, το οποίο περιλαμβάνει όλα τα φαινόμενα, που λαμβάνουν χώρα κατά τη μεταφορά του όζοντος στο νερό και χρησιμοποιεί τις σχετικές φυσικοχημικές ιδιότητες, επιτρέποντας έτσι την αξιοποίηση των δεδομένων ακόμη και για διαφορετικές συσκευές και συνθήκες λειτουργίας. Στη συνέχεια, μελετήθηκαν οι αλλαγές στη σύσταση και τα χαρακτηριστικά της φυσικής οργανικής ύλης (NOM), κατά την οξειδωτική επεξεργασία με προσθήκη Ο3 ή Ο3/Η2Ο2 των φυσικών νερών με τη χρήση της κεραμικής μεμβράνης επαφής. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιήθηκαν οι αναλυτικές τεχνικές της απορρόφησης στα 254 nm, της συγκέντρωσης του DOC, της φθορισμομετρίας και του LC-OCD. Τα αποτελέσματα που προέκυψαν από τα πειράματα με τη χρήση της μεμβράνης επαφής, συγκρίθηκαν επίσης με τα αντίστοιχα που ελήφθησαν από τα συμβατικά πειράματα ασυνεχούς λειτουργίας. Η σύγκριση αυτή αποκάλυψε, ότι η διαφορετική αλληλουχία των οξειδωτικών αντιδράσεων κατά την πραγματοποίηση των πειραμάτων συνεχούς ή ασυνεχούς οξειδωτικής επεξεργασίας, επηρέασε τις αλλαγές στη σύσταση της ΝΟΜ. Τέλος, μελετήθηκε η εφαρμογή της μεμβράνης επαφής για την επεξεργασία με τη χρήση όζοντος (προσθήκη Ο3 ή Ο3/Η2Ο2), διαφόρων οργανικών μικρορύπων από επιφανειακά νερά. Η απομάκρυνση των ενώσεων carbamazepine, benzotriazole, p-chlorobenzoic και atrazine, καθώς και ο σχηματισμός των βρωμικών ιόντων χρησιμοποιήθηκαν για την αξιολόγηση της διεργασίας. Τα αποτελέσματα της παρούσας διδακτορικής διατριβής έδειξαν, ότι οι μεμβράνες επαφής αερίου-υγρού, μπορούν εν δυνάμει να χρησιμοποιηθούν για την επεξεργασία των επιφανειακών υδάτων με τη χρήση όζοντος. Ωστόσο, η έρευνα πάνω στο συγκεκριμένο αντικείμενο βρίσκεται ακόμη σε αρκετά αρχικό στάδιο και υπάρχουν πολλά θέματα, τα οποία θα πρέπει να διευκρινιστούν, προκειμένου να αντικαταστήσουν οι μεμβράνες επαφής τις συμβατικές τεχνικές στις εγκαταστάσεις πλήρους κλίμακας.