title: Βιοαποδόμηση οργανικών ρύπων σε πιλοτικές μονάδες τεχνητών υγροβιοτόπων
title: Biodegradation of organic pollutants in pilot-scale constructed wetlands

Creators: name: Βαμβακια Μαρια
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2023

description: Οι τεχνητοί υγροβιότοποι είναι μια τεχνολογία οικολογικής μηχανικής, η οποία έχει εφαρμοστεί ευρέως τις τελευταίες δεκαετίες καθώς προσφέρει πληθώρα οφελών και συμβάλλει στην επεξεργασία λυμάτων. Η τεχνολογία αυτή βασίζεται στη χρήση φυτών, τα οποία είναι ικανά να απομακρύνουν ρύπους ή να τους μετατρέψουν σε λιγότερο επιβλαβείς ενώσεις μέσω μιας σειράς φυσικών, χημικών και βιολογικών διεργασιών. Η χρήση αεριζόμενων υγροβιότοπων μπορούν να αυξήσουν την απομάκρυνση των ρύπων συγκριτικά με του συμβατικούς μη-αεριζόμενους υγροβιότοπους καθώς υπάρχει αυξημένος ρυθμός μεταφοράς οξυγόνου στο νερό που υποβάλλεται σε επεξεργασία. Τέλος, η ηλεκτρόλυση σε τεχνητούς υγροβιότοπους λαμβάνει χώρα ώστε να έχουμε εντατικοποίηση της απομάκρυνσης τους αζώτου και φωσφόρου από τα λύματα.
Στόχος της διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη της απομάκρυνσης διαφορετικών οργανικών ρύπων σε τρεις τεχνητούς υγροβιότοπους με διαφορετικές συνθήκες και ο προσδιορισμός της καλύτερης μονάδας (γρηγορότερη απομάκρυνση). Ο πρώτος υγροβιότοπος αποτελεί τον υγροβιότοπο ελέγχου, ο δεύτερος υγροβιότοπος είναι συνδεδεμένος με αεροσυμπιεστή ο οποίος συνδέεται με νανοσωλήνα ώστε να έχουμε αερισμό με την μορφή nanobubbles και ο τρίτος υγροβιότοπος έχει τοποθετημένες τρεις πλάκες σιδήρου- ηλεκτρόδια, οι οποίες είναι συνδεδεμένες με μία μπαταρία ώστε να έχουμε ηλεκτρόλυση στο σύστημα και να έχουμε δύο καθόδους με παραγωγή υδρογόνου και μια άνοδο με παραγωγή οξυγόνου. Το φυτό που χρησιμοποιείται και στις τρεις μονάδες είναι το Juncus acutus γνωστό και ως βούρλο.
Ως ρύπος στις μονάδες εφαρμόστηκε σε πρώτο στάδιο η φαινόλη σε δύο διαφορετικές συγκεντρώσεις (100, 200 ppm). Στην συνέχεια, το τολουόλιο σε διαφορετικές συγκεντρώσεις (50, 100 ppm). Επόμενο στάδιο, αποτελούσε ο συνδυασμός των δύο παραπάνω ρύπων σε συγκέντρωση 100 ppm φαινόλη, 100 ppm τολουόλιο. Τέλος, στον τελευταίο κύκλο έγινε πάλι συνδυασμός των ρύπων στις ίδιες συγκεντρώσεις με την διαφορά ότι προστέθηκε λύμα από την είσοδο της δευτεροβάθμιας επεξεργασίας. Καθημερινά προσδιορίζονταν οι παράμετροι του pH, ORP, DO, EC, T στις μονάδες καθώς και η συγκέντρωση του εκάστοτε οργανικού ρύπου με την βοήθεια της HPLC σε δείγματα που λαμβάνονται από την έξοδο και το tank κάθε υγροβιότοπου. Ακόμη, προσδιορίζονταν για τις εισροές και εκροές οι παράμετροι: COD, ολικό άζωτο TN, ολικό φώσφορο TP, νιτρικό άλας NO3—N. Τέλος, στο τέλος κάθε κύκλου μετριόντουσαν τα κύτταρα με το κυτταρόμετρο.
Τα αποτελέσματα της απομάκρυνσης φτάνουν το 100% για τους διαφορετικούς ρύπους και δείχνουν πως την καλύτερη μονάδα αποτελεί ο υγροβιότοπος με τον τεχνητό αερισμό με nanobubbles όπου η απομάκρυνση γίνεται σε μικρότερο χρονικό διάστημα συγκριτικά με τα άλλα συστήματα. Αμέσως επόμενο είναι το σύστημα με την ηλεκτρόλυση όπου η απόδοση του βρίσκεται αρκετά κοντά με το σύστημα ελέγχου. Ακόμη, κατά την προσθήκη λύματος παρατηρήθηκε μια αύξηση στην απόδοση του τρίτου υγροβιότοπου. Στο υγροβιότοπο 2 η απομάκρυνση γίνεται για συγκέντρωση 100 ppm τολουόλιο και 100ppm φαινόλη με προσθήκη λύματος σε 9 ημέρες για φαινόλη και 10 ημέρες για τολουόλιο ,στον υγροβιότοπο 1 σε 10 ημέρες για φαινόλη και 13 ημέρες για τολουόλιο και στον υγροβιότοπο 3 σε 9 ημέρες για φαινόλη και 8 ημέρες για τολουόλιο.
Τέλος, παρατηρήθηκε μείωση του COD σε ποσοστό 96% για τον πρώτο υγροβιότοπο , 98% για τον δεύτερο και 97% για τον τρίτο . Μείωση TSS σε ποσοστό 65% για τον πρώτο υγροβιότοπο , 66% για τον δεύτερο και 82% για τον τρίτο. Μείωση TP σε ποσοστό 92% για τον πρώτο υγροβιότοπο, 94% για τον δεύτερο και 83% για τον τρίτο. Απομάκρυνση ΝΟ3-Ν σε ποσοστό 54% για τον πρώτο υγροβιότοπο, 89% για τον δεύτερο και 78% για τον τρίτο. Απομάκρυνση TΝ σε ποσοστό 85% για τον πρώτο υγροβιότοπο, 87% για τον δεύτερο και 90% για τον τρίτο. Επομένως, το συστήματα είχαν ικανοποιητική απομάκρυνση όσον αφορά τα TSS,COD,TP,ΤΝ.
 

description: Artificial wetlands are an ecological engineering technology that has been widely applied in recent decades as it offers a multitude of benefits and contributes to wastewater treatment. This technology is based on the use of plants, which are able to remove pollutants or convert them into less harmful compounds through a series or physical, chemical and biological processes. The use of aerated wetlands can increase pollutant removal compared to non-aerated wetlands as there is an increase rate of oxygen transfer to the water that is being treated. Finally, electrolysis in artificial wetlands takes place in order to intensify the removal of nitrogen and phosphorus from wastewater.
The main aim of this thesis is to examine the removal of different organic pollutants in three artificial constructed wetlands with different conditions each, and to determine the best one (with the fastest removal).The first wetland (W1) is the control wetland, the second CW (W2) is connected with an air compressor which is connected to a nanotube so that we have aeration in the form of nanobubbles and the last one (W3) consists of three iron plates- electrodes connected to a battery to have electrolysis in the system and have two cathodes with hydrogen production and an anode with oxygen production. The plant used in all three wetlands is called Juncus acutus.
In the first stage of the experiment the pollutant added to the systems was phenol in two different concentration of 100 and 200 ppm. Then toluene was added in two different concentrations of 50 and 100 ppm. The next stage was the combination of the above pollutants in order to see the removal at a concentration of 100 ppm phenol and 100 ppm toluene. Finally in the last cycle the pollutants were again combined at the same concentration (100 ppm phenol and 100 ppm toluene) with the difference that wastewater was added to each tank. The parameters of pH, ORP, DO, EC, temperature were determined daily in the units as well as the concentration of each organic pollutant was estimated by HPLC; samples were collected from the outlet and the tank of each wetland. Furthermore, the following parameters were determined: total nitrogen TN, total phosphorus TP, COD , nitrate NO3-N. Lastly, at the end of each cycle the cells from a sample of each wetland were measured with the cytometer.
The results for the removal reach 100% for the different pollutants and show that the best performance exhibited the wetland with artificial aeration (W2), where the removal took place in a shorter period of time compared to the other wetlands. Immediately after is the wetland with electrolysis (W2) where its performance is quite close to the control wetland (W1). Also, when wastewater was added, the performance of W3 was ameliorated. In the second wetland removal took place on average in 9 days for 100 ppm phenol and in 10 days for the same concentration of toluene, in wetland 3 in 9 days for phenol and in 8 days for toluene and in wetland 1 in 10 days for phenol and 13 days for toluene.
Finally, a COD reduction of 96% was observed for W1, 98% for W2 and 97% for W3. TSS reduction of 65% for W1, 66% for W2 and 82% for W3. TP reduction of 92% for W1, 94% for W2 and 83% for W3. NO3-N reduction at a rate of 54% for W1, 89% for W2 and 78 for W3. TN reduction at a rate of 85% for W1, 87% for W2 and 90% for W3. Therefore, the systems had satisfactory removal in terms of TSS, COD, TP, TN.