Εφαρμογή ανακυκλώσιμης βιομάζας ελαιόδεντρων (κλαδεύματα) για τον περιορισμό της ρύπανσης νερών και εδαφών από Pb και Ni
Authors: Αναστόπουλος Ιωάννης 
Published: August 2021

Η προσρόφηση θεωρείται μία φθηνή και αποτελεσματική μέθοδος απομάκρυνσης ή μείωσης της διαθεσιμότητας των βαρέων μετάλλων στο περιβάλλον. Διάφορα προσροφητικά υλικά, είτε ανόργανα όπως ζεόλιθοι, άργιλοι, μπετονίτες είτε οργανικά όπως υπολείμματα/υποπροϊόντα γεωργικών βιομηχανιών και φυτικά υπολείμματα βρίσκουν εφαρμογή σε ρυπασμένους υδάτινους και εδαφικούς πόρους με στόχο τη διαχείριση ρύπανσης. Πάρα πολλοί ερευνητές, βελτιστοποιούν την προσροφητική ικανότητα των υλικών με διάφορες μεθόδους όπως: α) φυσικές (π.χ. θέρμανση σε υψηλή θερμοκρασία και σε διάφορα επίπεδα επάρκειας οξυγόνου), β) χημικές (π.χ. χρήση όξινων ή βασικών διαλυμάτων) ή βιολογικές όπως η κομποστοποίηση.Στην παρούσα διδακτορική διατριβή εξετάστηκε η επίδραση της κομποστοποίησης ως βιολογικής διαδικασίας στη συμπεριφορά των κλαδεμάτων ελαιοκομίας σε τεχνητά ρυπασμένα με Pb, Ni ή Pb+Νi, υδάτινα και εδαφικά συστήματα. Τα κλαδέματα ελαιοκομίας επιλέχθηκαν, ως λιγνινοκυτταρινούχα υλικά, διαθέσιμα με ετήσια περιοδικότητα σε εξαιρετικά μεγάλες ποσότητες σε πολλές παραμεσόγειες περιοχές, που όμως έχουν ελάχιστα μελετηθεί ως προσροφητικά υλικά• πιθανά λόγω της συνήθους (και σήμερα υπό κατάργηση) πρακτικής της καύσης τους στους ελαιώνες μετά το κλάδεμα των ελαιοδένδρων.Σε σύγκριση με τα κλαδέματα ελαιοκομίας, τα κομποστοποιημένα κλαδέματα ελαιοκομίας παρουσίασαν σημαντικές φυσικοχημικές διαφορές όπως υψηλότερη τιμή pH, υψηλότερη ικανότητα ανταλλαγής κατιόντων και χαμηλότερο λόγο C / N, καθώς και αλλαγές στις ενεργές ομάδες επιφανείας.Για τη μελέτη των κλαδεμάτων ελαιοκομίας και των κομποστοποιημένων κλαδεμάτων ελαιοκομίας σε τεχνητά ρυπασμένα υδάτινα και εδαφικά συστήματα, εφαρμόστηκαν δύο διαφορετικές πειραματικές διαδικασίες.Στα υδάτινα συστήματα πραγματοποιήθηκαν πειράματα διαλείποντος έργου. Εξετάστηκε η επίδραση της αρχικής συγκέντρωσης μετάλλου στο διάλυμα, η επίδραση της θερμοκρασίας, του χρόνου ανάδευσης και της αρχικής τιμής pH των διαλυμάτων των μετάλλων. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η προσρόφηση του Pb ήταν κατά πολύ μεγαλύτερη από αυτή του Ni και μέγιστη προσρόφηση παρατηρήθηκε σε τιμή pH 5. Από τις εξεταζόμενες ισόθερμες βρέθηκε ότι τα πειραματικά δεδομένα περιγράφονται ικανοποιητικά στην ισόθερμη του Langmuir, ενώ η κινητική περιγράφεται ικανοποιητικά από το μοντέλο ψευδοδεύτερης τάξης. Η κομποστοποίηση οδήγησε σε αύξηση της μέγιστης προσροφητικής ικανότητας των του Pb και του Ni. Επίσης εξετάστηκε μελέτη σε διμεταλλικά συστήματα (ταυτόχρονη δηλαδή παρουσία του Pb και Ni). Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η κομποστοποίηση μείωσε την ανταγωνιστική δράση του Ni έναντι του Pb. Επιπρόσθετα, πραγματοποιήθηκαν πειράματα εκρόφησης με τη χρήση των εξής εκροφητικών διαλυμάτων: απιονισμένο νερό, 0,1 Μ ΗΝΟ3, 0,1 Μ ΗCl, 0,1 M NaNO3 και 0,1 M EDTA. Υψηλά ποσοστά εκρόφησης παρουσιάστηκαν με τη χρήση 0,1 Μ ΗΝΟ3 και 0,1 M EDTA και για τα δύο μέταλλα, όμως στην περίπτωση του Ni η προσρόφηση ήταν λιγότερο ισχυρή (τα ποσοστά φυσιοροφημένου και εύκολα ανταλλάξιμου Ni ήταν υψηλά). Στο εδαφικό σύστημα, κλαδέματα ελαιοκομίας (P) και κομποστοποιημένα κλαδέματα ελαιοκομίας (C) προστέθηκαν σε ένα ελαφρώς όξινο έδαφος της τάξεως Αlfisols, σε αναλογία 1 g οργανικού υλικού : 10 g εδάφους. Παράλληλα, εξετάστηκε και η επίδραση της γλυκόζης (G) ως ευ- αποδομήσιμης μορφής άνθρακα σε αναλογία 4 mg C / g εδάφους. Έπειτα, σε όλες τις μεταχειρίσεις (P, C και G) πραγματοποιήθηκε μονομεταλλική (500 mg Pb / kg ή 500 mg Νi / kg) ή διμεταλλική (500 mg Pb / kg και 500 mg Νi / kg) ρύπανση στο μίγμα έδαφος – οργανικό υλικό. Όλες οι μεταχειρίσεις επωάστηκαν στους χρόνους 0,125, 1, 3, 9, 27, 54, 108, 216, και 301 ημέρες και καθόλη τη διάρκεια των πειραμάτων η υδατοϊκανότητα διατηρήθηκε στο 50%. Σε κάθε χρονική στιγμή πραγματοποιήθηκε κλασμάτωση των βαρέων μετάλλων με τη μέθοδο της τροποποιημένης BCR (Community Bureau of Reference) σε ανεξάρτητα δείγματα (destructive sampling). Ταυτόχρονα, σε αντίστοιχα ομοειδή δείγματα, στους ίδιους χρόνους επώασης μετρήθηκε η μικροβιακή δραστηριότητα μέσω της έκλυσης CO2. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι τα δύο μέταλλα έχουν διαφορετική συμπεριφορά και αλληλεπίδραση με το εδαφικό κολλοειδές.Ο Pb βρέθηκε να συνδέεται ισχυρά στο αναγώγιμο κλάσμα και οι μεταχειρίσεις με τα κλαδέματα ελαιοκομίας (P) και τα κομποστοποιημένα κλαδέματα ελαιοκομίας (C) μείωσαν εξίσου το ανταλλάξιμο κλάσμα ενώ αυξήθηκε το οξειδώσιμο, ενώ η γλυκόζη βρέθηκε να μην επηρεάζει την κλασμάτωση του Pb. Αντιθέτως το Ni βρέθηκε να συνδέεται με το ανταλλάξιμο κλάσμα και όλες οι μεταχειρίσεις P, C και G μείωσαν το ανταλλάξιμο κλάσμα σύμφωνα με τη σειρά P > C > G, ενώ αυξήθηκε το οξειδώσιμο, με τη σειρά P > G > C. Η μικροβιακή δραστηριότητα παρουσίασε επίσχεση παρουσία ρύπανσης με Pb και Νi ή οποία με τη ενσωμάτωση των οργανικών υλικών εξουδετερώθηκε (G, C) ή και αντιστράφηκε (P). Mε βάση τα παραπάνω διαπιστώνεται ότι προσροφητικά υλικά με βάση τα ελαιοκλαδέματα μπορούν αποτελεσματικά να εφαρμοστούν για τον περιορισμό/διαχείριση της ρύπανσης με Ni και Pb. Στην περίπτωση των υδάτινων συστημάτων, η χρήση των κομποστοποιημένων κλαδεμάτων ελαιοκομίας αποτελεί ένα πολλά υποσχόμενο προσροφητικό υλικό. Στα εδαφικά συστήματα στην περίπτωση του Pb αποτελεσματικότερα εμφανίζονται τα κλαδέματα ελαιοκομίας και το αντίστοιχο κομπόστ ενώ στην περίπτωση του Ni τα κλαδέματα ελαιοκομίας.