Αδρανοποίηση και μεταφορά βιοκολλοειδών σε πορώδη μέσα
Authors: Συγγούνα Βασιλική 
Published: September 2021

Η τυχαία ή σκόπιμη μόλυνση των υπόγειων υδάτων με ανθρώπινους ιούς κοπρανώδους προέλευσης είναι στενά συνδεδεμένη με μια σειρά υδατογενών γαστρεντερικών και άλλων σοβαρών ασθενειών. Προκειμένου να αναπτυχθούν αποτελεσματικές τεχνικές καθαρισμού και στρατηγικές βιώσιμης διαχείρισης των υδάτων, απαιτείται η γνώση των φυσικοχημικών παραγόντων, των συνθηκών και των διαδικασιών που ελέγχουν την τύχη και τη μεταφορά των παθογόνων στο έδαφος. Σκοπός της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι να παρουσιάσει μια γενική εικόνα της συμπεριφοράς μεταφοράς και συν-μεταφοράς δύο βιοκολλοειδών, υποκατάστατων ανθρώπινων ιών, των βακτηριοφάγων MS2 και ΦΧ174, σε πορώδη υδατικά κορεσμένα μέσα διαφορετικής κοκκομετρίας, υπό διαφορετικές χημικές συνθήκες και συνθήκες ροής και της εκτίμησης/πρόβλεψης των αλληλεπιδράσεών τους με αιωρούμενα κολλοειδή αργίλων (καολινίτη και μοντμοριλλονίτη), που απαντώνται φυσικά στα υπόγεια συστήματα, σε περιβαλλοντικά συμβατές συνθήκες.Πρώτον, διεξήχθησαν πειράματα διαλείποντος έργου σε δύο διαφορετικές θερμοκρασίες (4 και 25 ° C), υπό στατικές και δυναμικές συνθήκες, για τη διερεύνηση της επίδρασης της θερμοκρασίας, της ανάδευσης, της συγκέντρωσης του ιού και της αργίλου, στην προσρόφηση των MS2 και ΦΧ174 σε καολινίτη και μοντμοριλλονίτη και δημιουργήθηκαν κατάλληλες κινητικές καμπύλες προσρόφησης και ισόθερμες. Στη συνέχεια, διεξήχθησαν πειράματα μεταφοράς τριών βιοκολλοειδών (E.coli, MS2 και ΦΧ174) σε κορεσμένες με νερό εργαστηριακές στήλες με πληρωτικό υλικό χαλαζιακή άμμο τριών διαφορετικών μεγεθών κόκκων, καθώς και πειράματα μεταφοράς των βιοκολλοειδών (MS2 και ΦΧ174) και κολλοειδών αργίλων σε κορεσμένες με νερό στήλες με πληρωτικό υλικό γυάλινα σφαιρίδια. Τα παραπάνω πειράματα μεταφοράς διεξήχθησαν σε τρεις ενδοπορώδεις ταχύτητες προκειμένου να διερευνηθούν τα συνδυαστικά αποτελέσματα του μεγέθους των κόκκων και της ενδοπορώδους ταχύτητας του νερού στη μεμονωμένη μεταφορά των βιοκολλοειδών και να εκτιμηθούν τα συνεργιστικά αποτελέσματα της παρουσίας των κολλοειδών αργίλων και της ενδοπορώδους ταχύτητας στη μεταφορά και συγκράτηση των βιοκολλοειδών σε πορώδη μέσα, αντίστοιχα. Η μαθηματική μοντελοποίηση των πειραματικών δεδομένων μεταφοράς πραγματοποιήθηκε με τη χρήση αναλυτικών, μονοδιάστατων, μοντέλων μεταφοράς των κολλοειδών και βιοκολλοειδών. Με βάση τη συνολική συγκέντρωση των βιοκολλοειδών/κολλοειδών στην εκροή της στήλης, πραγματοποιήθηκαν υπολογισμοί ανάκτησης μάζας και χρονικών ροπών. Η προσκόλληση των βιοκολλοειδών στους συλλέκτες εξετάστηκε περαιτέρω και εκτιμήθηκαν ο συντελεστής σύλληψης μοναδιαίου συλλέκτη και ο συντελεστής απόδοσης συγκρούσεων χρησιμοποιώντας την κλασσική θεωρία διήθησης κολλοειδών (CFT).Οι επιφανειακές ιδιότητες (δηλαδή η υδροδυναμική διάμετρος και το δυναμικό ζήτα) όλων των βιοκολλοειδών, των κολλοειδών αργίλων και των πληρωτικών υλικών που εξετάστηκαν ποσοτικοποιήθηκαν και κατασκευάστηκαν τα προφίλ δυναμικής ενέργειας αλληλεπίδρασης τους εφαρμόζοντας τόσο τη θεωρία DLVO όσο και την εκτεταμένη DLVO (XDLVO). Επίσης, η θεωρία DLVO και η υδροδυναμική εφαρμόστηκαν για τη θεωρητική διερεύνηση των ευνοϊκών φυσικοχημικών συνθηκών που οδηγούν στην αποκόλληση τόσο των βιοκολλοειδών όσο και των αργίλων από όλους τους εξεταζόμενους συλλέκτες.Τέλος, διερευνήθηκε ο ρόλος της βαρύτητας στη μεταφορά και συν-μεταφορά κολλοειδών-βιοκολλοειδών και στην απόθεση τους σε κορεσμένες με νερό στήλες διαφόρων προσανατολισμών (οριζόντιου, κάθετου και διαγώνιου) σε σταθερές ανοδικές και καθοδικές ροές.