Υποστήριξη Διδακτορικής Διατριβής - Χριστιάνα Γενεθλίου

Τεράστιες ποσότητες στραγγισμάτων παράγονται στους χώρους υγειονομικής ταφής απορριμμάτων (ΧΥΤΑ), τα οποία εμπεριέχουν επικίνδυνα συστατικά, προκαλώντας δυσμενείς επιπτώσεις τόσο στους ζωντανούς οργανισμούς, όσο και το περιβάλλον. Τα τελευταία χρόνια, πολυάριθμες διεργασίες, είτε μεμονωμένες είτε συνδυαστικές, έχουν εφαρμοστεί για την επεξεργασία του επιβλαβούς αυτού υγρού αποβλήτου. Ωστόσο, η επεξεργασία του στραγγίσματος ΧΥΤΑ είναι ιδιαίτερα δύσκολη λόγω της μεταβλητής χημικής του σύστασης, και στις περισσότερες διεργασίες που έχουν εφαρμοστεί, η τελική απορροή που προκύπτει δεν συμμορφώνεται πλήρως με τα όρια απόρριψης που επιβάλλονται από τους περιβαλλοντικούς κανονισμούς για την απελευθέρωση της σε φυσικό υδάτινο αποδέκτη. Επιπλέον, οι διεργασίες που έχουν χρησιμοποιηθεί σε υβριδικά συστήματα και έχουν παρουσιαστεί στη βιβλιογραφία, ήταν ως επί το πλείστον δαπανηρές.

Αντικείμενο της παρούσας διδακτορικής διατριβής αποτελεί η επεξεργασία πραγματικού (ακατέργαστου) στραγγίσματος ΧΥΤΑ, χρησιμοποιώντας μεμονωμένες και συνδυαστικές διεργασίες οι οποίες είναι περιβαλλοντικά φιλικές, απλές στην λειτουργία τους, οικονομικές καθώς και ιδιαίτερα αποδοτικές ως προς την απομάκρυνση ρύπων από το στράγγισμα.

Αρχικά, μελετήθηκε η προσροφητική ικανότητα ενός φυσικού ζεόλιθου ως προς την ταυτόχρονη πρόσληψη αμμωνιακού αζώτου (NH₄⁺-N), διαλυμένου χημικά απαιτούμενου οξυγόνου (d-COD) και χρώματος από ακατέργαστο στράγγισμα ΧΥΤΑ σε πειράματα προσρόφησης διαλείποντος έργου. Κατά την διεργασία της προσρόφησης, εξετάστηκαν διάφορες λειτουργικές παράμετροι για την εύρεση των βέλτιστων συνθηκών. Επίσης, διεξήχθησαν μελέτες κορεσμού, εκρόφησης και αναγέννησης του ζεόλιθου. Μηχανιστικές πληροφορίες για το NH₄⁺-N ελήφθησαν με την προσαρμογή δεδομένων προσρόφησης/εκρόφησης σε μοντέλα κινητικής και ισόθερμης, χρησιμοποιώντας γραμμική και μη-γραμμική μέθοδο. Πρόσθετες πληροφορίες σχετικά με την αξιολόγηση της οδού πρόσληψης ρύπων λήφθηκαν από δείγματα ζεόλιθου μετά από τις διεργασίες προσρόφησης, κορεσμού, αναγέννησης και εκρόφησης, τα οποία χαρακτηρίστηκαν με τη χρήση ηλεκτρονικής μικροσκοπίας σάρωσης (SEM), φασματοσκοπίας περίθλασης ακτίνων Χ (XRD) και φωτοηλεκτρονιακής φασματοσκοπίας ακτίνων X (XPS).

Σε ένα δεύτερο στάδιο, μελετήθηκε η αποδοτικότητα ενός φυσικού παλυγορσκίτη ως προς την ταυτόχρονη απομάκρυνση χρώματος, d-COD και NH₄⁺-N από ακατέργαστο στράγγισμα ΧΥΤΑ, σε πειράματα προσρόφησης διαλείποντος έργου. Επιπλέον, εξετάστηκαν διάφοροι λειτουργικοί παράμετροι κατά την διάρκεια των πειραμάτων προσρόφησης σε παλυγορσκίτη.  Μελέτες κορεσμού και εκρόφησης του παλυγορσκίτη υλοποιήθηκαν ταυτόχρονα για τους τρεις ρύπους. Εν συνεχεία, ο φυσικός παλυγορσκίτης συνδυάστηκε με τον φυσικό ζεόλιθο τόσο σε μεμονωμένα όσο και σε συνδυαστικά πειράματα προσρόφησης για να εκτιμηθεί πιθανή βελτίωση της απόδοσης της διεργασίας ως προς την ταυτόχρονη απομάκρυνση χρώματος, d-COD και NH₄⁺-N. Μετά τις διεργασίες της προσρόφησης, κορεσμού και εκρόφησης, τα αντίστοιχα δείγματα παλυγορσκίτη χαρακτηρίστηκαν με τις τεχνικές XRD, Φασματοσκοπίαs Υπερύθρου Μετασχηματισμού Fourier (FTIR), XPS, SEM, φασματοσκοπίας διασποράς ενέργειας (EDS), καθώς και με μετρήσεις της ειδικής επιφάνειας (SSA) BET και του δυναμικού ζήτα των αιωρούμενων σωματιδίων.

Ακολούθως, διεξήχθη παραμετρική μελέτη στην διεργασία της ηλεκτροκροκκίδωσης (EC) χρησιμοποιώντας ακατέργαστο στράγγισμα ΧΥΤΑ, για την εύρεση των βέλτιστων συνθηκών της EC. Έπειτα, αναπτύχθηκαν υβριδικά συστήματα αποτελούμενα από τις διεργασίες της EC και της AD (με φυσικό ζεόλιθο ή/και παλυγορσκίτη), στοχεύοντας στην αποτελεσματική επεξεργασία του στραγγίσματος. Συγκεκριμένα, εξετάστηκε η απόδοση των συνδυασμένων συστημάτων ως προς την ταυτόχρονη απομάκρυνση χρώματος, d-COD, νιτρικού αζώτου (NO₃^--N) και NH₄⁺-N. Η βέλτιστη διάταξη του συστήματος EC και AD σε ζεόλιθο (AD_zeo) εξετάστηκε αλλάζοντας την διαδοχική σειρά των δύο διεργασιών. Μετά την εύρεση του βέλτιστου συστήματος EC και AD_zeo, πραγματοποιήθηκε η ενσωμάτωση της διεργασίας της προσρόφησης σε παλυγορσκίτη (AD_pal) στο πρώτο ή ενδιάμεσο στάδιο του βέλτιστου συστήματος, οδηγώντας επομένως στην εφαρμογή δύο επιπλέον υβριδικών συστημάτων: AD_pal-AD_zeo-EC και AD_zeo-AD_pal-EC.

Στο τελευταίο στάδιο, διερευνήθηκε η αποτελεσματικότητα μιας προσέγγισης τριών σταδίων σε πιλοτική κλίμακα, χρησιμοποιώντας τις διεργασίες της προσρόφησης (AD), ηλεκτροκροκκίδωσης (EC) και της βιολογικής επεξεργασίας (BIO). Αρχικά, υλοποιήθηκαν πειράματα προσρόφησης σε στήλη πληρωμένη με φυσικό ζεόλιθο προκειμένου να εξεταστεί η απομάκρυνση του τοξικού NH₄⁺-N από το ακατέργαστο στράγγισμα, χρησιμοποιώντας διαφορετικές αρχικές συγκεντρώσεις NH₄⁺-N του στραγγίσματος και διαφορετικούς ρυθμούς ροής ανακυκλοφορίας. Ακολούθως, μελετήθηκαν δύο διαδοχικά υβριδικά συστήματα, AD-EC-BIO και AD-BIO-EC, για την επεξεργασία του ακατέργαστου στραγγίσματος ΧΥΤΑ, προκειμένου να προσδιοριστεί το σύστημα που επιτυγχάνει τόσο την υψηλότερη αφαίρεση των εξεταζόμενων ρύπων όσο και την υψηλότερη μείωση της τοξικότητας με τη χρήση του ανόστρακου καρκινοειδούς των γλυκών υδάτων Thamnocephalus platyurus.