Εξυγίανση ρυπασμένου υπόγειου υδροφορέα από οργανικούς και ανόργανους ρύπους με εφαρμογή της τεχνολογίας των διαπερατών αντιδρώντων φραγμάτων
Authors: Σημαντηράκη Φωτεινή 
Published: August 2021

Η επιστημονική κοινότητα αποδίδει ιδιαίτερη έμφαση στην εξεύρεση και εφαρμογή κατάλληλων μεθόδων απομάκρυνσης τοξικών ρύπων από τα υπόγεια ύδατα με υψηλή απόδοση αλλά και χαμηλό κόστος. Μια εξ αυτών είναι η χρήση των αντιδρώντων φραγμάτων. Η παρούσα διδακτορική διατριβή επικεντρώνεται στο ζήτημα της ταυτόχρονης απομάκρυνσης επίμονων, τοξικών και συχνά εμφανιζόμενων οργανικών και ανόργανων ρύπων από υπόγειους υδροφορείς με την χρήση κατάλληλων πληρωτικών υλικών. Οι ρύποι που μελετήθηκαν, επιλέχθηκαν με κριτήριο την συχνότητα εμφάνισής τους στο υπέδαφος και τα υπόγεια ύδατα αλλά και την τοξικότητα και επικινδυνότητά τους για το περιβάλλον και τον άνθρωπο. Στην παρούσα διατριβή, επιλέχθηκαν και μελετήθηκαν ως πληρωτικά υλικά δυο είδη ιλύος (αναερόβια χωνευμένη και μη χωνευμένη ιλύς), δύο είδη κόμποστ (μη ώριμο και ώριμο) και ένα ανόργανο υλικό, ο ελληνικός φυσικός ζεόλιθος. Αρχικά, πραγματοποιήθηκε πλήρης χαρακτηρισμός των συγκεκριμένων υλικών με στόχο τον ακριβή προσδιορισμό των παραμέτρων που έχουν άμεση επίδραση στον βαθμό ρόφησης οργανικών και ανόργανων ρύπων. Ακολούθησαν, πειράματα διαλείποντος έργου υπό κατάλληλες σταθερές συνθήκες και για τα πέντε υλικά. Συγκεκριμένα, μελετήθηκε η επίδραση καθοριστικών παραμέτρων (ποσότητα υλικού και χρόνος επαφής) στον βαθμό απομάκρυνσης των μετάλλων (καδμίου και ψευδαργύρου) και των πτητικών υδρογονανθράκων (βενζόλιο, τολουόλιο, αιθυλοβενζόλιο, m, p, o ξυλόλια-BTEX) από τα υδατικά διαλύματα. Με βάση τα αποτελέσματα αυτών των πειραμάτων έγινε επιλογή του καλύτερου οργανικού υλικού τόσο από άποψη ποιότητας και καταλληλότητας διάθεσης στο έδαφος όσο και από άποψη απόδοσης στην δέσμευση των ρύπων. Η σειρά καταλληλότητας των υλικών που μελετήθηκαν με σκοπό την αξιοποίησή τους σε τεχνολογίες εξυγίανσης υπογείων υδάτων είναι η εξής: ώριμο κόμποστ > ζεόλιθος > μη ώριμο κόμποστ > μη χωνευμένη ιλύς > χωνευμένη ιλύς. Το ώριμο κόμποστ και ο ζεόλιθος διερευνήθηκαν περεταίρω. Συγκεριμένα, μελετήθηκε η επίδραση της αρχικής συγκέντρωσης των ρύπων και του pH αλλά και η πιθανή ύπαρξη ανταγωνιστικών φαινομένων παρουσία μετάλλων και BTEX. Τα πειραματικά αποτελέσματα των κινητικών και ισόθερμων πειραμάτων εφαρμόστηκαν σε ευρέως χρησιμοποιούμενα μαθηματικά μοντέλα με σκοπό να διερευνηθεί η δυνατότητα αξιόπιστης χρήσης τους. Στην συνέχεια, η έρευνα επεκτάθηκε, για τον ζεόλιθο και το ώριμο κόμποστ, σε πειράματα συνεχούς ροής. Τα πειράματα έλαβαν χώρα σε κυλινδρικές στήλες κατακόρυφης ροής από κάτω προς τα πάνω. Αυτή η σειρά πειραμάτων, προσεγγίζει περισσότερο τις πραγματικά επικρατούσες συνθήκες στο υπέδαφος σε σύγκριση με τα πειράματα διαλείποντος έργου. Πιο συγκεκριμένα, έλαβε χώρα η μελέτη της επίδρασης της αρχικής συγκέντρωσης, της ταχύτητας ροής αλλά και της δυνατότητας των δύο υλικών να εκροφούν τους ρύπους που έχουν δεσμεύσει όταν εκπλυθούν με απιονισμένο νερό ή άλλο κατάλληλο μέσο εκχύλισης. Η τρίτη σειρά πειραμάτων ολοκληρώθηκε με την διερεύνηση της χρήσης μαθηματικών μοντέλων συνεχούς ροής για την προσομοίωση των πειραματικών αποτελεσμάτων και την εξεύρεση του πιο αξιόπιστου μοντέλου.Τέλος, η διατριβή περιλαμβάνει πειράματα σε επίπεδο μεγαλύτερης κλίμακας με αξιοποίηση της φυσικής ροής. Συγκεκριμένα, κατασκευάστηκε πειραματική διάταξη με διαδοχή στρωμάτων που να αντιστοιχεί σε εκείνη που συναντάται στο υπέδαφος και στην τεχνολογία των αντιδρώντων φραγμάτων. Στα πειράματα αυτά μελετήθηκε η δυνατότητα ταυτόχρονης απομάκρυνσης οργανικών και ανόργανων ρύπων, η επίδραση της αρχικής συγκέντρωσης, η ταυτόχρονη χρήση του ώριμου κόμποστ και του ζεόλιθου σε σειρά καθώς και η επίδραση της κλίσης των στρωμάτων. H σειρά προτίμησης των ρύπων και για τα δύο υλικά με μικρές αποκλίσεις μεταξύ των πειραμάτων είναι :Cd > Zn > m,p ξυλόλια> αιθυλοβενζόλιο> ο-ξυλόλιο > τολουόλιο > βενζόλιο.Η διατριβή ολοκληρώθηκε με την μελέτη απόδοσης της πιλοτικής δεξαμενής στην εξυγίανση πραγματικών δειγμάτων από υπόγεια ύδατα περιοχής διυλιστηρίου και με προσομοίωση της ροής στην δεξαμενή μέσω της χρήσης λογισμικού (Princenton Transport Code-PTC).