Development of information system for combating coastal pollution from liquid hydrocarbons with experimental and computational simulation
Authors: Κωνσταντίνου Ηλίας 
Published: August 2021

Η Διδακτορική Διατριβή αποτελείται από δύο μέρη: το θεωρητικό και το πειραματικό. Το θεωρητικό μέρος περιλαμβάνει τα κεφάλαια από το 1 έως το 6. Πιο συγκεκριμένα, στο πρώτο κεφάλαιο παρουσιάζεται μία εισαγωγή σχετικά με την σύσταση του πετρελαίου, την παραγωγή, την χρήση του καθώς και την μεταφορά του από τις χώρες παραγωγής σε αυτές της κατανάλωσης. Σ' αυτό το κεφάλαιο αναλύονται επίσης τα αίτια των πετρελαιοκηλίδων, οι χημικές διεργασίες που λαμβάνουν χώρα όταν το πετρέλαιο βρεθεί στην θάλασσα καθώς και οι συνέπειες της θαλάσσιας ρύπανσης από πετρελαιοειδή. Επιπρόσθετα, περιγράφονται οι μέθοδοι αντιμετώπισης της θαλάσσιας ρύπανσης από πετρελαιοειδή, οι μέθοδοι καθαρισμού των ακτογραμμών καθώς επίσης και η διάθεση – αποθήκευση των ρυπασμένων απορριμάτων που έχουν ανακτηθεί. Στο δεύτερο κεφάλαιο παρουσιάζεται διεξοδικά η προστασία του θαλάσσιου περιβάλλοντος στην Ελλάδα. Αναλύεται η δομή του Εθνικού Σχεδίου Καταπολέμησης της Θαλάσσιας Ρύπανσης, περιγράφεται η εθνική και η διεθνής νομοθεσία που ισχύει στα θέματα της θαλάσσιας ρύπανσης και τέλος αναπτύσεται ο μηχανισμός αντιρρύπανσης που εφαρμόζεται και τονίζονται οι αδύναμίες του. Επιπλέον, περιγράφονται ο τρόπος που συνεισφέρουν οι εμπλεκόμενες Υπηρεσίες στον μηχανισμό αντιρρύπανσης καθώς και τα στατιστικά που σχετίζονται με θέματα θαλάσσιας ρύπανσης στην Ελληνική Επικράτεια. Στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζεται το Προτεινόμενο Σχέδιο Καταπολέμησης της Θαλάσσιας Ρύπανσης. Περιγράφεται ένα Αλγοριθμικό Διάγραμμα Ροής που καλύπτει ένα πιθανό περιστατικό θαλάσσιας ρύπανσης από πετρελαιοειδή ή την εμφάνιση πετρελαιοκηλίδας από άγνωστη πηγή, από την αρχή μέχρι την πλήρη αντιμετώπισή του. Επίσης εφαρμόζονται μέθοδοι θαλάσσιας απορρύπανσης και συνδυασμοί αυτών μέσω χρήσης γλωσσικών μεταβλητών που σχηματίσθηκαν από ειδικούς στα θέματα αντιμετώπισης πετρελαιοκηλίδων. Στο τέταρτο κεφάλαιο περιγράφεται αναλυτικά μία μελέτη περίπτωσης που αφορά ένα αληθινό περιστατικό θαλάσσιας ρύπανσης (σύγκρουση δύο πλοίων). Επίσης αναφέρονται και εκτιμώνται όλες οι ληφθείσες ενέργειες. Εφαρμόζεται θεωρητικά, αναλύεται και αποτιμάται το Προτεινόμενο Σχέδιο Καταπολέμησης της Θαλάσσιας Ρύπανσης. Επιπρόσθετα, παρουσιάζεται η σύγκριση ανάμεσα στο Εθνικό Σχέδιο Καταπολέμησης της Θαλάσσιας Ρύπανσης (το οποίο και εφαρμόστηκε στην πράξη) και το Προτεινόμενο Σχέδιο Καταπολέμησης της Θαλάσσιας Ρύπανσης. Στο πέμπτο κεφάλαιο παρουσιάζεται μία βιβλιογραφική αναφορά σχετικά με τα απροκατέργαστα και τα κατεργασμένα λιγνοκυταρρινούχα και μη υλικά που χρησιμοποιούνται ως προσροφητικά πετρελαιοειδών. Τέλος περιγράφονται βιβλιογραφικά οι αντίστοιχες ισόθερμες καμπύλες προσρόφησης πετρελαιοειδών. Στο έκτο κεφάλαιο παρουσιάζεται μία Πολυκριτιριακή Ανάλυση επιλογής προσροφητικού υλικού (για πετρελαιοειδή, χρώματα κ.λ.π.) από τροποποιημένη λιγνοκυταρρινούχα βιόμαζα και ένα εμπορικό προσροφητικό υλικό. Οι πιθανές εναλλακτικές λύσεις ήταν: άχυρο σιταριού τροποποιημένο με αυτουδρόλυση, με όξινη υδρόλυση θεεικού οξέως, με χρήση καυστικού Νάτριου, με χρήση οργανικών διαλυτών καθώς και η χρήση προσροφητικών μαξιλαριών από πολυπροπυλένιο. Τα κριτήρια αξιολόγησης ήταν: το κεφαλαιακό κόστος, το λειτουργικό κόστος, η υγιεινή κατά την παραγωγή, η αξιοπιστία, η φιλικότητα στο περιβάλλον, η προσροφητική ικανότητα, η ωριμότητα της τεχνολογίας, η συνεισφορά στην αειφόρα ανάπτυξη σε τοπικό επίπεδο και η εμπορευσιμότητα μέσα σε ένα ευρύτερο δίκτυο εξαρτώμενη κυρίως από την γήρανση του προσροφητικού υλικού. Το πειραματικό μέρος περιλαμβάνει τα κεφάλαια από το 7 έως το 11. Πιο συγκεκριμένα, στο έβδομο κεφάλαιο περιγράφονται τα υλικά που χρησιμοποιούνται στα πειράματα τροποποίησης (αναλύονται στο όγδοο κεφάλαιο) και στα πειράματα προσρόφησης (αναλύονται στο ένατο κεφάλαιο). Επιπρόσθετα, παρουσιάζονται η πειραματική διαδικασία, ο εργαστηριακός εξοπλισμός και οι αναλυτικές τεχνικές αυτών των πειραμάτων. Τέλος, παρουσιάζεται και η πειραματική διαδικασία των πειραμάτων σε στήλη. Στο όγδοο κεφάλαιο εξετάζεται η τροποποίηση υλικών σαν το άχυρο σιταριού και κριθαριού για να διερευνηθεί κατά πόσο η τροποποίηση βελτιώνει την αρχική προσροφητική ικανότητα αυτών των υλικών. Η αυτουδρόλυση και η όξινη υδρόλυση με χρήση θεεικού οξέως επιλέχθηκαν σαν κατεργασίες τροποποίησης για να καλύψουν το βιβλιογραφικό κενό, αφού μέχρι και σήμερα δεν έχουν χρησιμοποιηθεί για να φτιάξουν προσροφητικά υλικά αντιρρύπανσης πετρελαιοκηλίδων με σχετικά υψηλή προσροφητική ικανότητα, χαμηλό κόστος και φιλικότητα στο περιβάλλον. Η αυτουδρόλυση φαίνεται ότι αύξησε ικανοποιητικά την υδροφοβικότηταα του αχύρου. Στο ένατο κεφάλαιο μετρήθηκε πειραματικά η προσροφητική ικανότητα των υλικών που περιγράφηκαν στο έβδομο κεφάλαιο. Ένα νέο προτεινόμενο μοντέλο για την μέτρηση των τιμών προσρόφησης αναπτύχθηκε. Παρουσιάζονται πειράματα προσρόφησης (σε μορφή σκέτων υγρών και πετρελαιοκηλίδας) στα οποία χρησιμοποιήθηκαν απροκατέργαστο και κατεργασμένο άχυρο, προσροφητικές πετσέτες από πολυπροπυλένιο (“Scorpion P-200”) και παγίδες πετρελαίου (pom-poms), σαν προσροφητικά μέσα. Επίσης, διενεργήθηκαν συνολικές συγκρίσεις προσροφητικής ικανότητας ανάμεσα σε απροκατέργαστο, προκατεργασμένο άχυρο (σιταριού και κριθαριού) και εμπορικά προσροφητικά υλικά. Στο δέκατο κεφάλαιο μελετήθηκε η επίδραση της διαφορετικότητας της χρονιάς συγκομιδής του άχυρου σιταριού, του τυλίγματός του με δίχτυ από πολυπροπυλένιο, της παράλληλης χρήσης του με χημικά διασκορπιστικά καθώς και η γήρανσή του. Στο ενδέκατο κεφάλαιο μελετήθηκε εκτενώς η κινητική της προσρόφησης πετρελαιοειδών (ντήζελ και αργού πετρελαίου) στο απροκατέργαστο και κατεργασμένο άχυρο σιταριού με την χρήση διάφορων κινητικών μοντέλων και εξισώσεων. Επιπρόσθετα, παρουσιάζονται και τα αποτελέσματα της κινητικής. Τέλος, στο δωδέκατο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα γενικά αποτελέσματα της έρευνας καθώς και σημεία γαι την περαιτέρω συνέχισή της.