Επεξεργασία υγρών αποβλήτων ελαιοτριβείων με τη χρήση προαιρετικά αναερόβιων μικροοργανισμών
Creators: name: Ζάβρα, Αγγελική Χρ.
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2024
Subjects: Απόβλητα ελαιοτριβείων
Φαινόλες
Βακτήρια
Olive mill wastewater
Phenols
Bacteria

description: Τα υγρά απόβλητα τριφασικών ελαιοτριβείων αποτελούν ένα από τα πλέον επιβαρυμένα βιομηχανικά γεωργικά απόβλητα. Η δυσκολία αλλά και η αναγκαιότητα της ορθολογικής διαχείρισης τους έγκειται στην τοξικότητα του οργανικού φορτίου των αποβλήτων αυτών, καθώς και στο μεγάλο όγκο που παράγεται μέσα σε μικρό χρονικό διάστημα, όσο δηλαδή διαρκεί η ελαιοκομική περίοδος. Η παρούσα διδακτορική διατριβή αναφέρεται στη μελέτη αποικοδόμησης των τοξικών υγρών αποβλήτων τριφασικών ελαιοτριβείων, με τη χρήση δύο στελεχών προαιρετικά αναερόβιων βακτηρίων που ανήκουν στα γένη Sporolactobacillus spp. Και Rhodopseudomonas spp. Τα βακτηριακά αυτά στελέχη απομονώθηκαν από το τσάι της κομπόστας του γεωσκώληκα, ταυτοποιήθηκαν, και χρησιμοποιήθηκαν για την αποτοξικοποίηση του αποβλήτου με σκοπό την ασφαλή απόρριψη του σε υδάτινους αποδέκτες ή τη χρήση του για άρδευση καλλιεργειών χωρίς τον κίνδυνο περιβαλλοντικής υποβάθμισης. Αρχικά σχεδιάστηκε εργαστηριακό πείραμα για την απομόνωση και ταυτοποίηση δυο μικροοργανισμών (βακτηρίων γαλακτικού οξέος και φωτοσυνθετικών βακτηρίων), από το τσάι της κομπόστας γεωσκώληκα. Τα δύο βακτήρια που απομονώθηκαν, ταυτοποιήθηκαν με PCR και αλληλούχιση και βρέθηκε ότι ανήκαν στα γένη Rhodopseudomonas και Sporolactobacillus αντίστοιχα. Στη συνέχεια, κάθε ένα από τα βακτήρια καθώς και μικτή καλλιέργεια αυτών προστέθηκαν ως εμβόλια σε διαφορετικές αραιώσεις υγρού απόβλητου τριφασικού ελαιοτριβείου (κατσίγαρος). Μελετήθηκε η δυνατότητα ανάπτυξής τους έχοντας ως μοναδική πηγή άνθρακα το οργανικό φορτίο του αποβλήτου καθώς και οι βέλτιστες συνθήκες για την επίτευξη της ανάπτυξης αυτής. Τα βακτήρια βρέθηκε ότι μπορούν να επιβιώσουν και να αναπτυχθούν στο απόβλητο αρκεί η τιμή του COD του αποβλήτου να μην ξεπερνάει τα 10.000 mg/l. Η βέλτιστη συγκέντρωση των βακτηρίων για την επίτευξη της μέγιστης δυνατής ανάπτυξης βρέθηκε πως ήταν τα 0,5 gr μικροοργανισμών ανά 100 ml αποβλήτου, ενώ 30 μέρες μετά τον εμβολιασμό παρατηρήθηκε πτώση του COD του αποβλήτου κατά 26,3%. Με τα ενθαρρυντικά αποτελέσματα του εργαστηριακού πειράματος, τα βακτήρια που απομονώθηκαν εφαρμόστηκαν σε βιομίγμα πιλοτικού συστήματος εδαφοδεξαμενής (βιοκλίνη). Το ειδικό βιομίγμα της βιοκλίνης, το οποίο αποτελούνταν από άχυρο, τύρφη και κομπόστ γεωσκώληκα, εμβολιάστηκε με τα στελέχη των βακτηρίων, με σκοπό το βιοεμπλουτισμό του. Κατόπιν, τα υγρά απόβλητα, ψεκάζονταν με ελεγχόμενη ροή στην επιφάνεια του βιομίγματος, διηθούνταν και τα διασταλλάγματα συλλέγονταν σε δεξαμενή αποθήκευσης. Μετά από τρεις διαδοχικούς κύκλους διήθησης, παρατηρήθηκαν σημαντικά ποσοστά μείωσης των BOD5, COD, και ολικών φαινολών που ξεπέρασαν το 95%. Ανάλογο πείραμα έλαβε χώρα με τη χρήση μη εμπλουτισμένου βιομίγματος, το οποία αποτέλεσε τη βιοκλίνη- μάρτυρα. Τα συγκριτικά αποτελέσματα έδειξαν πολύ μικρές διαφορές στη μείωση των μετρούμενων παραμέτρων μεταξύ της βιοκλίνης-μάρτυρα και της βιοεμπλουτισμένης βιοκλίνης. Στη συνέχεια, μελετήθηκε η δυνατότητα προσθήκης των μικροοργανισμών απευθείας στο απόβλητο. Λόγω της παρεμπόδισης της δράσης των βακτηρίων από τις υψηλές συγκεντρώσεις υποστρώματος, το υγρό απόβλητο ελαιοτριβείου εισήλθε αρχικά στη βιοκλίνη για έναν κύκλο διήθησης και στο διήθημα που συλλέχθηκε προστέθηκε το εμβόλιο των δύο μικροοργανισμών χωρίς καμία περαιτέρω παρέμβαση. Πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις ανά 10 μέρες από την εφαρμογή των μικροοργανισμών και έως την 90ή ημέρα. Μετά το πέρας των 90 ημερών, τα ποσοστά μείωσης των BOD5, COD και ολικών φαινολών ξεπέρασαν το 75%. Τέλος, μελετήθηκε ο μηχανισμός δράσης και η αποτελεσματικότητα των δύο βακτηρίων κατά την εφαρμογή τους απευθείας σε αραιωμένο υγρό απόβλητο ελαιοτριβείου. Το απόβλητο αραιώθηκε έξι φορές έτσι ώστε η τελική τιμή του COD να κυμαίνεται γύρω στα 10.000 mg/l ή και λιγότερο (η αραίωση εξαρτάται από την αρχική συγκέντρωση του COD του αποβλήτου) και εμβολιάστηκε με τα δύο βακτηρία χωρίς καμία περαιτέρω παρέμβαση. Μετά το πέρας των 90 ημερών, τα ποσοστά μείωσης των BOD5, COD και ολικών φαινολών έφτασαν στο 86,7%, 80,6% και 70,9% αντίστοιχα. Οι μετρήσεις των συγκεκριμένων παραμέτρων επαναλήφθηκαν στις 150 ημέρες. Παρατηρήθηκε περαιτέρω πτώση των τιμών τους που άγγιξε το 96,1% για το BOD5, το 81,8 % για το COD και το 75,1% για τις ολικές φαινόλες, γεγονός που αποδεικνύει τη συνεχιζόμενη δράση των μικροοργανισμών καθώς και την υψηλή τους αποτελεσματικότητα. Στο τέταρτο κεφάλαιο συνοψίζονται τα συμπεράσματα ολόκληρης της διατριβής σχετικά με την αποτελεσματικότητα των μικροοργανισμών που απομονώθηκαν για την αποτοξικοποίηση των αποβλήτων τριφασικού ελαιοτριβείου, τα σημαντικά ποσοστά μείωσης που παρατηρήθηκαν σε όλες τις πειραματικές διαχειρίσεις του αποβλήτου, καθώς και τη δυνατότητα αξιοποίησης του για αρδευτική χρήση. Τέλος, συζητούνται οι μελλοντικές προοπτικές χρήσης των μικροοργανισμών ως μια οικονομική και φιλική προς το περιβάλλον λύση, πολύτιμη για την βιωσιμότητα των γεωργικών οικοσυστημάτων, η διερεύνηση νέων τρόπων βελτιστοποίησης της βιοκλίνης καθώς και η επέκταση των ερευνών σε απόβλητα διφασικών ελαιοτριβείων .
description: The liquid waste from three-phase olive mills is one of the most heavily burdened industrial agricultural wastes. The challenge, as well as the necessity, lies in the toxicity of the organic waste and the large volume produced within a short period, specifically during the olive growing season. The doctoral dissertation examines the degradation of toxic liquid waste from three-phase olive mills using two strains of facultatively anaerobic bacteria: Sporolactobacillus spp. and Rhodopseudomonas spp. These bacterial strains were isolated from earthworm compost tea, identified, and employed to detoxify the waste for safe disposal in water receivers or for irrigation without risking environmental degradation. Initially, a laboratory experiment was conducted for the isolation and identification of two types of microorganisms (lactic acid bacteria and photosynthetic bacteria), from earthworm compost tea. Following isolation, PCR and sequencing techniques were employed to classify the bacteria as belonging to the genera Rhodopseudomonas and Sporolactobacillus. Subsequently, each bacterium and mixed culture was introduced as inoculums into various dilutions of three-phase olive mill effluent (katsigaros). The study focused on their potential development, utilizing the organic load of the waste as the sole carbon source, and determining the optimal conditions for their growth. Bacteria were found to be able to survive and grow in the waste as long as the COD value of the waste did not exceed 10,000 mg/l. The optimal concentration of bacteria to achieve the maximum possible growth was found to be 0.5 gr of microorganisms per 100 ml of waste, while 30 days after inoculation a 26.3% decrease in the COD value of the waste was observed. Based on the encouraging results of the laboratory experiment, the isolated bacteria were applied to a biomixture of a pilot soil tank system (biobed). The biobed's special biomixture, which consisted of straw, peat and earthworm compost, was inoculated with the bacteria strains (bioaugmentation). Then, the liquid waste was sprayed with a controlled flow on the surface of the biomixture, filtered and the drips were collected in a storage tank. After three consecutive filtration cycles, significant reduction rates of BOD5, COD, and total phenols exceeding 95% were observed. A similar experiment took place using non-enriched biomixture, which was the control biobed. The comparative results showed very small differences in the reduction of the measured parameters between the control biobed and the bioaugmentated biobed. Subsequently, the possibility of adding the microorganisms directly to the waste was studied. Due to the inhibition of bacterial action by high substrate concentrations, the liquid mill effluent first entered the biobed for a filtration cycle, and the collected filtrate was inoculated with the two microorganisms without any further intervention. Measurements were made every 10 days from the application of the microorganisms and up to the 90th day. After 90 days, the reduction rates of BOD5, COD and total phenols exceeded 75%. Finally, the mechanism of action and the effectiveness of the two bacteria were studied when applied directly to diluted liquid mill waste. The effluent was diluted six times (the dilution depends on the initial COD concentration of the effluent) and inoculated with both bacteria without any further intervention. After 90 days, the reduction rates of BOD5, COD and total phenols reached 86.7%, 80.6% and 70.9% respectively. The measurements of the specific parameters were repeated at 150 days. A further decrease in their values was observed reaching 96.1% for BOD5, 81.8% for COD and 75.1% for total phenols, which proves the continued action of the microorganisms as well as their high efficiency. The fourth chapter summarizes the conclusions of the entire thesis regarding the effectiveness of the microorganisms isolated for the detoxification of the three-phase mill waste, the significant reduction rates observed in all the experimental management of the waste, as well as the possibility of its utilization for irrigation use. Finally, the future prospects of the use of microorganisms as an economical and environmentally friendly solution, valuable for the sustainability of agricultural ecosystems, the investigation of new ways of optimizing biobed as well as the expanding of research into two-phase olive mills wastes are discussed.