Προχωρημένες οξειδωτικές μέθοδοι για την επεξεργασία υγρών λυμάτων υψηλού ρυπαντικού φορτίου
Creators: name: Παρθενίδης, Περικλής Θεοδώρου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2023
Subjects: Στράγγισμα
Προχωρημένες οξειδωτικές μέθοδοι
Κροκίδωση
Leachate
AOPs
Coagulation

description: Οι αξιοσημείωτες επιστημονικοτεχνικές αλλαγές, που έλαβαν χώρα τους τελευταίους δύο αιώνες, οδήγησαν σημαντικό αριθμό χωρών σε μια σχετική υλική ευημερία. Ωστόσο, είναι αυταπόδεικτο ότι οι βιομηχανικές κοινωνίες παράγουν σημαντικές ποσότητες απορριμμάτων, που ένα μέρος τους καταλήγει σε χώρους υγειονομικής ταφής (ΧΥΤΑ). Ένα βασικό μειονέκτημα του συγκεκριμένου τρόπου διαχείρισης είναι η παραγωγή στραγγισμάτων, που αποτελούν σοβαρό περιβαλλοντικό και κοινωνικό πρόβλημα. Αυτό οφείλεται στην ιδιαίτερα σύνθετη σύσταση τους, καθώς περιέχουν πλήθος οργανικών και ανόργανων ρύπων. Γίνεται, επομένως, αντιληπτή η ανάγκη επεξεργασίας των συγκεκριμένων λυμάτων, δεδομένης της επικινδυνότητας τους για τον άνθρωπο και τα περιβαλλοντικά οικοσυστήματα. Οι μέθοδοι επεξεργασίας, που έχουν χρησιμοποιηθεί διαχρονικά στην επεξεργασία στραγγισμάτων, βασίζονται σε βιολογικές, φυσικές και χημικές διεργασίες. Στις τελευταίες συγκαταλέγεται μια ιδιαίτερα δημοφιλής κατηγορία που είναι οι προχωρημένες οξειδωτικές μέθοδοι αντιρρύπανσης (ΠΟΜΑ). Οι εφαρμογές τους περιλαμβάνουν αντιδράσεις παραγωγής δραστικών οξειδωτικών ριζών, που λαμβάνουν χώρα σε υδατικό ή αέριο περιβάλλον. Ανάμεσα τους ξεχωρίζουν οι διεργασίες Fenton, που βασίζονται στην αντίδραση μεταξύ ιόντων σιδήρου και υπεροξειδίου του υδρογόνου. Πρόκειται για μεθόδους που διακρίνονται για την αποτελεσματικότητα τους, η οποία μπορεί να αυξηθεί με χρήση ηλιακής ή τεχνητής ακτινοβολίας. Το αντικείμενο της διπλωματικής εργασίας ήταν η επεξεργασία στραγγισμάτων, που χαρακτηρίζονται από υψηλό ρυπαντικό φορτίο, με στόχο την μελέτη αποικοδόμησης τους. Η φωτοκαταλυτική οξείδωση τους πραγματοποιήθηκε με χρήση των συστημάτων UV-Fenton (Fe2+/H2O2/UV) και UV-Fenton-like (Fe2+/S2O82-/UV) , ενώ εξετάστηκε και η δυνατότητα συνδυασμού με άλλες φυσικοχημικές μεθόδους επεξεργασίας (κροκίδωση/συσσωμάτωση, προσρόφηση). Η παρακολούθηση της αποτελεσματικότητας των μεθόδων βασίστηκε στη μείωση βασικών ρυπαντικών περιβαλλοντικών παραμέτρων, όπως είναι το COD, το TOC, ο δείκτης χρώματος και η αμμωνία. Κατά τη διάρκεια της μελετητικής προσπάθειας, διαπιστώθηκε ότι η μέθοδος photo-Fenton είναι ένα ιδιαίτερα χρήσιμο εργαλείο για τη μείωση των ρυπαντικών παραμέτρων των στραγγισμάτων. Πιο συγκεκριμένα, τα πειράματα ομογενούς φωτοκατάλυσης (συνολικά) κατάφεραν να επιφέρουν σημαντική μείωση του χημικά απαιτούμενου οξυγόνου που κυμαίνεται, ανάλογα με τις χρησιμοποιούμενες συγκεντρώσεις των αντιδραστηρίων, μεταξύ 58 και 65%. Αντίστοιχα, οι τροποποιημένες εφαρμογές με χρήση των υπερθειικών ιόντων απέδωσαν 41.6 έως 45%. Επιπρόσθετα, οι βελτιστοποιημένες συνδυασμένες εφαρμογές κροκίδωσης και photo-Fenton οδήγησαν σε ακόμη καλύτερες αποδόσεις ελαττώνοντας το COD και TOC του στραγγίσματος κατά 78 και 77.3%, αντίστοιχα. Η επανάληψη των πειραματικών συνθηκών σε διαφορετικό στράγγισμα κατέδειξε παρόμοιες αποδόσεις για τα πειράματα με το υπεροξείδιο του υδρογόνου αλλά διαφορετικές για τα πειράματα με τα υπερθειικά ιόντα. Στα τελευταία πειράματα αυτά, μετρήθηκε και η αμμωνία, της οποίας η συγκέντρωση δεν επηρεάστηκε σημαντικά, καταδεικνύοντας την ανάγκη συνδυασμού της ομογενούς φωτοκατάλυσης με άλλες τεχνικές, όπως την προσρόφηση.
description: The remarkable technological and scientific changes, that have taken place over the last two centuries, led many countries to a relative material abundance. However, it is self-evident that modern societies produce significant amounts of waste, some of which ends up in sanitary landfills. A key disadvantage of this specific disposal method is the production of landfill leachates, which is a serious environmental and social problem. This is due to their particularly complex composition, as they contain a multitude of organic and inorganic pollutants. Consequently, wastewater treatment processes must be applied to provide a high level of environmental protection. The techniques that have been employed over time in treatment of leachate are based on physical, biological and chemical processes. Among the latter group, advanced oxidation processes (AOPs) is a popular choice for wastewater degradation, as can be seen from the relevant literature. This is due to their significant advantages like rapid reaction rates and non-selectivity. One of the most utilized AOPs is Fenton process, which produces powerful oxidizing agents through the reaction between ferrous ions and hydrogen peroxide. The utilization of UV-irradiation in Fenton applications can increase the removal rate of organic pollutants, rendering UV-Fenton reaction a useful tool for landfill leachate treatment. The subject of this diploma thesis was the application and optimization of homogeneous photocatalysis (UV-Fenton) for the degradation of landfill leachate, supplied by a landfill in Thessaloniki. Additionally, another objective was the evaluation of the influence of coagulation/flocculation, prior to photocatalytic treatment. Performance assessments were based on basic environmental pollution indicators like COD, TOC, color index and ammonia removals. From the experiments, it was found that homogeneous photocatalysis can be a particularly useful tool for reducing basic pollution indicators of landfill leachates. More specifically, UV-Fenton applications managed to bring about a marked reduction in COD removal, ranging from 58 to 65%. Accordingly, persulfate oxidation (UV/Fe2+/S2O82-) experiments yielded, for the same parameter, 41.6 to 45%. In addition, application of combined coagulation pretreatment with photo-Fenton oxidation led, at optimized conditions, to 78% and 77.3% COD and TOC reductions, respectively. However, ammonia was not significantly affected in any of the described experiments, demonstrating the need to combine homogeneous photocatalysis with another physicochemical treatment like adsorption.