Αξιολόγηση της χρήσης βιοστερών από εγκαταστάσεις επεξεργασίας λυμάτων ως εδαφοβελτιωτικών και φυτοπροστατευτικών μέσων στην κατεύθυνση της κυκλικής οικονομίας
Authors: Γιαννάκης Ιωάννης 
Published: November 2021

Οι ποσότητες βιοαποδομήσιμων στερεών αποβλήτων που παράγονται από τις Εγκαταστάσεις Επεξεργασίας Λυμάτων (ΕΕΛ) αυξάνονται με την πάροδο του χρόνου συνεχώς, προκαλώντας μεγάλα προβλήματα διαχείρισης και διάθεσης τους. Το μεγαλύτερο μέρος των αποβλήτων αυτών, τα παλαιότερα χρόνια, προορίζονταν για υγειονομική ταφή. Ωστόσο λόγω των προβλημάτων ρύπανσης που επέφεραν στο περιβάλλον, επιβλήθηκαν περιορισμοί της μεθόδου αυτής και αναζητήθηκαν νέοι τρόποι διαχείρισής τους που θα αξιοποιούσαν τα θρεπτικά τους συστατικά. Μία τέτοια μέθοδο διαχείρισης αποτελεί η εφαρμογή των βιοστερεών (ΒΣ), δηλαδή των κατάλληλα επεξεργασμένων βιοαποδομήσιμων στερεών αποβλήτων που πληρούν τις απαραίτητες προϋποθέσεις για εφαρμογή με ασφάλεια στο έδαφος, ως λίπασμα αγροτικών καλλιεργειών.Κατά την παρούσα διδακτορική διατριβή, αρχικά εξετάστηκαν η επικινδυνότητα αυτής της πρακτικής σε ορισμένους οργανισμούς και γενικότερα ορισμένες από τις επιπτώσεις της μεθόδου στο περιβάλλον. Έτσι λοιπόν εκτιμήθηκε η τοξικότητα διαφορετικών τύπων ΒΣ που προέρχονται από δύο διαφορετικές ΕΕΛ και αξιολογήθηκε ο περιβαλλοντικός τους αντίκτυπος, μέσω των εκπλυμάτων τους. Καταρχάς λήφθηκαν δείγματα αναερόβιας επεξεργασμένης και αφυδατωμένης ιλύος από ΕΕΛ της Αττικής. Τα δείγματα υποβλήθηκαν στην στατική δοκιμή έκπλυσης EN 12457-2 και στη δοκιμή διαθεσιμότητας NEN 7341, κύριες φυσικοχημικές παράμετροι μετρήθηκαν στα υγρά των εκπλύσεων και εξετάστηκε η εποχικότητα αυτών των παραμέτρων. Eπιπλέον οι οργανισμοί δείκτες τοξικότητας Daphnia magna και Vibrio fischeri εκτέθηκαν σε αυτά τα εκπλύματα και υπολογίστηκαν διάφοροι δείκτες τοξικότητας. Ακόμα δημιουργήθηκαν μίγματα ΒΣ και εδάφους, σε αναλογία που προσομοιώνει εφαρμογή ΒΣ σε έδαφος αντίστοιχη με 80 tn/ha, και μετρήθηκαν οι ίδιες παράμετροι έπειτα από έκπλυσή τους με τη δοκιμή EN 12457-2. Παράλληλα λήφθηκαν, τέσσερις φορές τον χρόνο, τρία διαφορετικά είδη ιλύος από ΕΕΛ της Θεσσαλονίκης, τα οποία είχαν επίσης υποστεί αρχικά αναερόβια επεξεργασία, υποβλήθηκαν στις δύο ίδιες μεθόδους έκπλυσης και μετρήθηκαν αντίστοιχα φυσικοχημικές και οικοτοξικολογικές παράμετροι με χρήση των οργανισμών-δεικτών Daphnia magna, Vibrio fischeri, Sorghum saccharatum, Sinapis alba και Lepidium sativum. Επιπροσθέτως, εξετάστηκε η εκπλυσιμότητα μετάλλων τοξικολογικής σημασίας στα δείγματα αυτά (και για τις δύο μεθόδους έκπλυσης) και πραγματοποιήθηκαν συσχετίσεις μεταξύ των μετρούμενων παραμέτρων. Οι ίδιες μετρήσεις και διαδικασίες ακολουθήθηκαν έπειτα από εφαρμογή δύο εκ των τριών ΒΣ σε αναλογίες 0, 20 και 40 tn/ha, σε δύο αγρούς που καλλιεργούταν αραβόσιτος. Συνολικά τα αποτελέσματα έδειξαν ότι τα δείγματα ΒΣ παρουσίασαν σχετικά μεγάλη μεταβλητότητα των μετρούμενων παραμέτρων. Ωστόσο σε καμία περίπτωση εφαρμογής τους στο έδαφος δεν προκάλεσαν τοξική απόκριση στους μετρούμενους οργανισμούς και είτε δεν επηρέασαν την εκπλυσιμότητα των μετάλλων τοξικολογικής σημασίας είτε την επηρέασαν σε πολύ μικρό βαθμό χωρίς να υπερβαίνονται τα επιτρεπτά όρια (Cd). Καταλήγοντας κρίνεται ότι αν και η εφαρμογή των ΒΣ αύξησε την εκπλυσιμότητα νιτρικών και νιτρωδών ιόντων, έπειτα από αξιολόγηση όλων των μετρούμενων παραμέτρων η αύξηση αυτή θεωρείται χαμηλού περιβαλλοντικού κινδύνου.Εν συνεχεία, εκτιμήθηκε η δυνατότητα των ΒΣ να χρησιμοποιηθούν ως οργανικά λιπάσματα που ταυτόχρονα θα ενισχύσουν την ανάπτυξη των φυτών και θα δράσουν ως φυτοπροστατευτικά μέσα έναντι φυτοπαθογόνων μικροοργανισμών. Για τον σκοπό αυτόν αναμίχθηκαν τύρφη και/ή δύο είδη εδάφους με τύπο ΒΣ που χρησιμοποιήθηκε προηγουμένως, σε ποσότητες των 0, 80 και 160 tn/ha και εξετάστηκε η ανάπτυξη φυτών τομάτας και η απόκριση έπειτα από μόλυνσή τους με τον φυτοπαθογόνο μύκητα Fusarium oxysporum f. sp. radicis-lycopersici (Forl), σε συνθήκες εργαστηριακές και αγρού μέσα σε δικτυοκήπιο. Από τα αποτελέσματα φάνηκε ότι τα φυτά τομάτας ευνοήθηκαν από την εφαρμογή των ΒΣ, καθώς αναπτύχθηκαν περισσότερο και παρουσίασαν ηπιότερους δείκτες ασθένειας. Μετέπειτα, έγινε προσπάθεια να αναδειχτούν περαιτέρω οι αιτίες για τις οποίες τα ΒΣ έδρασαν στα φυτά τομάτας ως φυτοπροστατευτικά απέναντι στον Forl. Έτσι εξετάστηκε εάν η προσθήκη ΒΣ θα μπορούσε να ενισχύσει τις αμυντικές αποκρίσεις φυτών τομάτας, είτε εκφράζοντας γονίδια στο φυτό, τα οποία σχετίζονται με την αντοχή στα παθογόνα, είτε δρώντας ως θρεπτικό υπόστρωμα σε μικροοργανισμούς που ζουν στο έδαφος και δρουν ανταγωνιστικά με την ανάπτυξη του παθογόνου. H ανάλυση έκφρασης γονιδίων σε φύλλα τομάτας αξιολογήθηκε με ποσοτική Αλυσιδωτή Αντίδραση Πολυμεράσης Αντίστροφης Μεταγραφής (Quantitative Reverse Transcription Polymerase Chain Reaction, RT-qPCR) και τα γονίδια αντοχής που μελετήθηκαν ήταν τα GLUA, CHI3, PR1-a, LOX και AOC. Η βιοποικιλότητα των μικροοργανισμών στα υποστρώματα ανάπτυξης των φυτών της τομάτας εξετάστηκε μέσω μεταγονιδιωματικής ανάλυσης. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η προσθήκη των ΒΣ, στα υποστρώματα ανάπτυξης των φυτών, οδήγησε στην επαγωγή υψηλότερων επιπέδων έκφρασης των ανωτέρω γονιδίων και ευνόησε την ανάπτυξη κλάσεων βακτηρίων όπως τις Anaerolineae και Clostridia που δρουν ευεργετικά για το φυτό και ενδεχομένως περιορίζουν την επέκταση του Forl. Συνολικά τα ευρήματα αυτά υποδεικνύουν ότι ο συγκεκριμένος τύπος ΒΣ μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως οργανικό λίπασμα και να ενισχύσει την αντοχή του φυτού τομάτας έναντι του Forl. Εν κατακλείδι, κρίνεται ότι η εφαρμογή του τύπου ΒΣ που μελετήθηκε για λίπανση φυτών τομάτας ευνοεί την ανάπτυξη φυτών τομάτας, έχει μικρό περιβαλλοντικό ρίσκο και για τους λόγους αυτούς προτείνεται η αξιοποίησή του στη γεωργία ενισχύοντας τις αρχές της κυκλικής οικονομίας και παρέχοντας μία βιώσιμη λύση στο πρόβλημα διαχείρισης των αποβλήτων αυτών.