title: Παρακολούθηση και εκτίμηση απόδοσης πιλοτικών τεχνητών υγροβιότοπων οριζόντιας ροής για την επεξεργασία υγρού αποβλήτου ελαιοτριβείου
title: Monitoring and performance evaluation of pilot Horizontal Sunsurface Flow Constructed Wetlands treating olive mill wastewater
Creators: name: Μοσχογιαννη Δημητρα
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2025

description: Η παρούσα πτυχιακή εργασία αναφέρεται στην παρακολούθηση και μελέτη πιλοτικών τεχνητών υγροβιότοπων οριζόντιας υπόγειας ροής με σκοπό την μείωση του οργανικού φορτίου και την απομάκρυνση θρεπτικών και άλλων ρύπων από το υγρό απόβλητο τριφασικού ελαιοτριβείου, καθώς και την εξαγωγή συμπερασμάτων με γνώμονα τις πειραματικές μετρήσεις για την εγκυρότητα του σχεδιασμού και την αποτελεσματικότητα τους.
Η πειραματική διάταξη αποτελούνταν από τέσσερις μονάδες τεχνητών υγροβιότοπων οριζόντιας υπόγειας ροής, οι οποίοι τοποθετήθηκαν σε υπαίθριο χώρο του Πολυτεχνείου Κρήτης στα Χανιά, με τα εξής χαρακτηριστικά: η πρώτη μονάδα, η οποία ήταν αφύτευτη, με υλικά πλήρωσης ζεόλιθο και διογκωμένη άργιλο (Leca) και συμβολίζεται με “C”, ενώ στις επόμενες τρεις μονάδες έχει φυτευτεί το κοινό καλάμι Phragmites australis και περιέχονται τα εξής υλικά πλήρωσης: στην δεύτερη η πλήρωση αποτελείται από ζεόλιθο και διογκωμένη άργιλο με συμβολισμό “ZL”, στην τρίτη από ανακυκλωμένο πλαστικό (HDPE) και βιοεξανθράκωμα (biochar) με συμβολισμό “PB” και στην τέταρτη μόνο ανακυκλωμένο πλαστικό με συμβολισμό “P”.
Οι τεχνητοί υγροβιότοποι φορτίζονταν με υγρό απόβλητο ελαιοτριβείου, το οποίο προήλθε από τριφασικό ελαιουργείο της περιοχής των Περιβολιών στα Χανιά και συγκεκριμένα από τη φάση της απλής διοχέτευσης σε κλειστή δεξαμενή όλου του υγρού κλάσματος που παρήχθη κατά τη φυγοκέντριση τριών φάσεων. Συγκεκριμένα, πριν την φόρτιση των μονάδων, το υγρό απόβλητο
ελαιοτριβείου αραιωνόταν με νερό σε αναλογία 1:8. Επιπλέον, ανά τακτά χρονικά διαστήματα, συλλέγονταν δείγματα από την εισροή και τις εκροές των μονάδων και πραγματοποιούνταν οι απαραίτητες φυσικοχημικές αναλύσεις εργαστηριακά για να μελετηθεί η απόδοση τους. Συγκεκριμένα, μετρούνταν εργαστηριακά οι παρακάτω παράμετροι: pH, αγωγιμότητα (EC), BOD5, COD, χρώμα (TCU), NO3--N, NH4+-N, ολικό άζωτο TN, PO43--P, ολικό φώσφορο TP, ολικές φαινόλες και ολικά αιωρούμενα στερεά TSS.
Η παρούσα εργασία εξέτασε την αποτελεσματικότητα των τεχνητών υγροβιότοπων στη διαχείριση υγρών αποβλήτων και την προστασία του περιβάλλοντος. Τα αποτελέσματα της μελέτης ανέδειξαν σημαντικά συμπεράσματα για τον σχεδιασμό του συστήματος και την αποδοτικότητα κάθε μίας από τις μονάδες οριζόντιας ροής C, ZL, P και PB. Πιο αναλυτικά, τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η μονάδα C έφθασε το ποσοστό απομάκρυνσης 63 ± 19% για το COD, 90 ± 6% για το BOD5, 86 ± 7% για τις Ολικές Φαινόλες, 52 ± 30% για τα Ολικά Αιωρούμενα Στερεά (ΤSS), 82 ± 12% για το Ολικό Άζωτο (TN), 94 ± 7% για τον Ολικό Φώσφορο (TP) και 81 ± 7% για απομάκρυνση χρώματος. Η μονάδα ZL, η οποία διαθέτει την ίδια πλήρωση με την C, αλλά περιέχει και βλάστηση, έφθασε τα ποσοστά απομάκρυνσης 64 ± 19% για το COD, 90 ± 10% για το BOD5, 86 ± 8% για τις Ολικές Φαινόλες, 59 ± 27% για τα Ολικά Αιωρούμενα Στερεά (ΤSS), 84 ± 7% για το Ολικό Άζωτο (TN), 94 ± 8% για τον Ολικό Φώσφορο (TP) και 81 ± 7% για απομάκρυνση χρώματος. Επιπρόσθετα, στην μονάδα P παρατηρήθηκαν ποσοστά απομάκρυνσης 50 ± 22% για το COD, 60 ± 24% για το BOD5, 45 ± 18% για τις Ολικές Φαινόλες, 52 ± 17% για τα Ολικά Αιωρούμενα Στερεά (ΤSS), 46 ± 26% για το Ολικό Άζωτο (TN), 35 ± 22% για τον Ολικό Φώσφορο (TP), ενώ δεν παρατηρήθηκε απομάκρυνση χρώματος. Τέλος, για την μονάδα PB, παρατηρήθηκαν ποσοστά απομάκρυνσης 51 ± 23% για το COD, 63 ± 25% για το BOD5, 48 ± 20% για τις Ολικές Φαινόλες, 64 ± 21% για τα Ολικά Αιωρούμενα Στερεά (ΤSS), 49 ± 23% για το Ολικό Άζωτο (TN), 33 ± 23% για τον Ολικό Φώσφορο (TP), ενώ και σε αυτήν την περίπτωση δεν παρητηρήθηκε απομάκρυνση χρώματος.
Σύμφωνα με τα αποτελέσματα, συμπεραίνεται η υψηλή απόδοση των μονάδων C και ZL, που περιέχουν ως πληρωτικά υλικά τον ζεόλιθο και το leca, ως προς την επεξεργασία των υγρών αποβλήτων ελαιοτριβείου, με καλύτερα αποτελέσματα από την ZL η οποία διαθέτει και το φυτό Phragmites australis. Οι μονάδες P και PB, που διαθέτουν HDPE και biochar για την πλήρωση τους, ενώ κατόρθωσαν ικανοποιητικά ποσοστά απομάκρυνσης όσον αφορά κάποιους ρύπους, δεν παρουσίασαν την υψηλή απόδοση που είχαν οι μονάδες C, ZL.
Τελικά, οι τεχνητοί υγροβιότοποι αποτελούν μια βιώσιμη και φιλική προς το περιβάλλον λύση για την επεξεργασία υγρών αποβλήτων ελαιοτριβείου με υψηλή ικανότητα επεξεργασίας, συμβάλλοντας στη μείωση της ρύπανσης και στην αξιοποίηση φυσικών πόρων μέσω καινοτόμων σχεδιαστικών προσεγγίσεων.
description: The present thesis investigated the monitoring and performance of four pilot-scale constructed wetlands with horizontal subsurface flow which aim to reduce organic load and remove nutrients and other pollutants from the wastewater of a three-phase olive mill, without additional processes, as well as to draw conclusions based on experimental measurements for the validity of their design and effectiveness.
The followed method involves four units of constructed wetlands of horizontal subsurface flow with a volume of 188 litres, which were placed in the open space of Technical University of Crete in Chania, with the following filling mediums: the first unit does not contain any vegetation and it is filled with zeolite and expanded clay (Leca) symbolized as "C", while in the next three units the common reed Phragmites australis  has been planted and contain the following filling materials: the second unit contains zeolite and expanded clay symbolized as "ZL", the third recycled plastic (HDPE) and biochar symbolized as "PB", and the fourth only recycled plastic symbolized as "P".
The units were loaded at specific intervals with different quantities of liquid waste from an olive mill, which originated from a three-phase olive mill in the area of Perivolia in Chania, specifically from the phase of simple drainage into a closed tank of all the liquid fraction produced during the centrifugation of three phases. Specifically, prior to loading the units, the liquid waste from the olive mill was diluted with water in a ratio of 1:8. Additionally, at regular intervals, samples were collected from the inflow and outflow of the units, and the necessary photochemical analyses were carried out in the laboratory to study their performance. Specifically, the following parameters were measured in the laboratory: pH, conductivity (EC), BOD5, COD, colour (TCU), NO3--N, NH4+-N, total nitrogen TN, PO43--P, total phosphorus TP, total phenols, and total suspended solids TSS.
This study examined the effectiveness of constructed wetlands in wastewater treatment and environmental protection. The results provided important insights into system design and the efficiency of each horizontal flow unit (C, ZL, P, and PB). More specifically, the results showed that unit C achieved a removal efficiency of 63 ± 19% for COD, 90 ± 6% for BOD5, 86 ± 7% for total phenols, 52 ± 30% for TSS, 82 ± 12% for TN, 94 ± 7% for TP, and 81 ± 7% for color removal. The ZL unit, which had the same filling materials as unit C but included vegetation, achieved removal efficiencies of 64 ± 19% for COD, 90 ± 10% for BOD5, 86 ± 8% for total phenols, 59 ± 27% for TSS, 84 ± 7% for TN, 94 ± 8% for TP, and 81 ± 7% for color removal.
Furthermore, unit P demonstrated removal efficiencies of 50 ± 22% for COD, 60 ± 24% for BOD5, 45 ± 18% for total phenols, 52 ± 17% for TSS, 46 ± 26% for TN, and 35 ± 22% for TP, while no significant color removal was observed. Finally, unit PB exhibited removal efficiencies of 51 ± 23% for COD, 63 ± 25% for BOD5, 48 ± 20% for total phenols, 64 ± 21% for TSS, 49 ± 23% for TN, and 33 ± 23% for TP, with no observed color removal in this case as well.
Based on the results, it can be concluded that the C and ZL units, which use zeolite and leca as filling materials, exhibit high performance in treating olive mill wastewater, with the ZL unit showing slightly better results due to the inclusion of the Phragmites australis plant.
The P and PB units, which use HDPE and biochar as filling materials, achieved adequate removal rates for certain pollutants but did not perform as efficiently as the C and ZL units.
In conclusion, Constructed Wetlands represent a sustainable and environmentally friendly solution for the treatment of olive mill wastewater, contributing to pollution reduction and to sustainable utilization of natural resources through innovative design approaches.