Επίδραση των διαλυτών μικροβιακών προϊόντων στην επεξεργασία υγρών αποβλήτων με βιοαντιδραστήρες μεμβρανών
Authors: Μπαντή Δήμητρα 
Published: September 2021

Σκοπός της διδακτορικής αυτής διατριβής ήταν η διερεύνηση και αποσαφήνιση του μηχανισμού έμφραξης των μεμβρανών στους βιοαντιδραστήρες ΜΒR και η διερεύνηση της δυνατότητας ελάττωσης της έμφραξης. Επιμέρους στόχοι ήταν η μελέτη της επίδρασης των διαλυτών μικροβιακών προϊόντων (SMP) και των εξωκυτταρικών πολυμερικών συστατικών (ΕPS) στην έμφραξη, καθώς επίσης και η διερεύνηση / αποσαφήνιση του μηχανισμού έμφραξης σε υδρόφιλες και υδρόφοβες μεμβράνες μικροδιήθησης σε συμβατικούς βιοαντιδραστήρες μεμβρανών (MBR). Η λειτουργία του MBR αξιολογήθηκε με τη διενέργεια φυσικοχημικών αναλύσεων της εισροής και εκροής, την ανάλυση των ιδιοτήτων της ενεργού ιλύος και τον χαρακτηρισμό των SMP και EPS ως προς τη συγκέντρωσή τους σε πρωτεΐνες και υδατάνθρακες. Παράλληλα, για τον προσδιορισμό των χαρακτηριστικών της ιλύος ή/και του διηθήματος χρησιμοποιήθηκαν τα αναλυτικά όργανα χρήσης δυναμικής σκέδασης φωτός (DLS), εφαρμογής σκέδασης φωτός (Mastersizer), χρωματογραφίας αποκλεισμού μεγεθών (SEC) και οπτικής μικροσκοπίας. Τα πειραματικά αποτελέσματα έδειξαν ότι η μεμβράνη κατακρατεί ένα μικρό ποσοστό των SMP πρωτεϊνών και ένα μεγαλύτερο ποσοστό των SMP υδατανθράκων του μικτού υγρού. Από το ποσοστό αυτό, ένα μέρος επικάθεται στους πόρους της μεμβράνης και συμμετέχει σε έναν μηχανισμό σταδιακής συσσωμάτωσής τους, με αποτέλεσμα την πλήρη έμφραξη των πόρων της ή την αποκόλλησή τους στο διήθημα ως ενιαία συσσωματώματα, μεγέθους ίσου ή μεγαλύτερου από τους πόρους της μεμβράνης. Το υπόλοιπο μέρος των SMP, απορρίπτεται προς το μικτό υγρό με ηλεκτροστατική απώθηση σύμφωνα με το φαινόμενο Donnan, από τα SMP που έχουν ήδη επικαθίσει στη μεμβράνη, και κυρίως τους αρνητικά φορτισμένους υδατάνθρακες, μηχανισμός που εφαρμόζεται στην απόρριψη διαλυτών συστατικών του νερού από μεμβράνες με στρώσεις πολυηλεκτρολυτών. Η τροποποιημένη υδρόφοβη μεμβράνη παρουσίασε αντι-εμφρακτικές ιδιότητες κατά το πρώτο στάδιο έμφραξής της σε σύγκριση με τη μη τροποποιημένη υδρόφιλη μεμβράνη. Παρόλα αυτά, στη συνέχεια, η έμφραξη της μεμβράνης εξελίχθηκε παρόμοια με αυτήν της υδρόφιλης. Για την επίλυση του προβλήματος της έμφραξης των μεμβρανών δημιουργήθηκε ένας καινοτόμος MBR αποτελούμενος από δύο σε σειρά αερόβιους θαλάμους, ο οποίος αντιμετωπίζει αποτελεσματικά την έμφραξη της μεμβράνης με την ελεγχόμενη καλλιέργεια νηματοειδών μικροοργανισμών. Συγκεκριμένα, επιτυγχάνεται η ρύθμιση των νηματοειδών μικροοργανισμών στο μικτό υγρό σε χαμηλές συγκεντρώσεις με δείκτη νηματοειδών (FI) μεταξύ 1 και 4, με αποτέλεσμα τη δημιουργία ιλύος υψηλού πορώδους και χαμηλής ικανότητας προσκόλλησης στην επιφάνεια της μεμβράνης. Επίσης, επιτυγχάνει την ελαχιστοποίηση της συγκέντρωσης των SMP και συνεπώς την ελαχιστοποίηση της μη αντιστρεπτής έμφραξης της μεμβράνης. Το τελικό αποτέλεσμα της καινοτόμου αυτής τεχνολογίας ήταν η λειτουργία της μεμβράνης σε σημαντικά χαμηλότερες τιμές διαμεμβρανικής πτώσης πίεσης (TMP) (2-2,5 kPa) για διάστημα μεγαλύτερο των τριών μηνών, σε αντίθεση με την αντίστοιχη TMP του συμβατικού MBR, η οποία αυξήθηκε από τα 2,5 στα 5 kPa τις πρώτες 25 ημέρες και έφτασε στα 12 kPa έπειτα από 43 ημέρες λειτουργίας. Συνεπώς, η έμφραξη μειώθηκε αποτελεσματικά μέσω της καινοτόμου τροποποίησης της διάταξης MBR, με αποτέλεσμα την επίτευξη πολύ χαμηλότερου λειτουργικού κόστους.