Αναχαίτιση βιολογικής επεξεργασίας
υπόγειων υδάτων για την απομάκρυνση εξασθενούς χρωμίου σε
ανοξικές – αναερόβιες συνθήκες

Κούτουλα, Κυριακή; Koutoula, Kyriaki

dc.contributor.author	Κούτουλα, Κυριακή	el
dc.contributor.author	Koutoula, Kyriaki	en
dc.date.accessioned	2015-04-01T10:13:39Z
dc.date.available	2015-04-01T10:13:39Z
dc.date.issued	2015-04-01
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/40505
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.5074
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Επιστήμη και Τεχνολογία Υδατικών Πόρων”	el
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Βιολογική επεξεργασία	el
dc.subject	Υπόγεια ύδατα	el
dc.subject	Αναχαίτιση	el
dc.subject	Εξασθενές χρώμιο	el
dc.subject	Ανοξικές - Αναερόβιες συνθήκες	el
dc.subject	Μέγιστος ρυθμός ανάπτυξης	el
dc.subject	Mmax	el
dc.subject	Πειράματα ασυνεχούς τροφοδοσίας (batch)	el
dc.subject	Αντιδραστήρες διαλείποντος έργου (SBR)	el
dc.subject	Biological treatment	en
dc.subject	Groundwater	el
dc.subject	Inhibition	el
dc.subject	Hexavalent chromium	el
dc.subject	Anoxic - anaerobic conditions	el
dc.subject	Maximum growth rate	el
dc.subject	Sequencing batch reactor	el
dc.title	Αναχαίτιση βιολογικής επεξεργασίας υπόγειων υδάτων για την απομάκρυνση εξασθενούς χρωμίου σε ανοξικές – αναερόβιες συνθήκες	el
dc.title	Inhibition of biological treatment of groundwater for the removal of hexavalent chromium in anoxic – anaerobic conditions	en
heal.type	masterThesis
heal.classification	Υδραυλική μηχανική	el
heal.classification	Περιβαλλοντική μηχανική	el
heal.classificationURI	http://localhost:8080/healp/data/11/5/9
heal.language	el
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2014-10-15
heal.abstract	Εισαγωγή-Κίνητρο Το χρώμιο, σκληρό μέταλλο, βρίσκεται σε διάφορες μορφές με πιο συνήθεις το τρισθενές και το εξασθενές. Το εξασθενές, η πιο τοξική και ισχυρά οξειδωτική μορφή του χρωμίου και αυτό για το οποίο γίνεται αναφορά στην συγκεκριμένη μεταπτυχιακή εργασία, προέρχεται κυρίως από ανθρωπογενείς δραστηριότητες και διάφορες βιομηχανίες, οι οποίες το ελευθερώνουν στον αέρα και στο καθαρό νερό. Στην περίπτωση διάθεσης από βιομηχανίες ανεπεξέργαστων αποβλήτων που περιέχουν Cr(VI) σε υδάτινους αποδέκτες, τα επίπεδα του στα ύδατα του αποδέκτη και στα υπόγεια ύδατα μπορεί να φτάσουν μερικές δεκάδες μg/l, όπως πρόσφατα ανακοινώθηκε στον ημερήσιο τύπο για τα νερά της ευρύτερης περιοχής του Ασωπού, τα οποία αντλούνται και χρησιμοποιούνται για ανθρώπινη κατανάλωση και άρδευση. Στόχος – Πειραματική διαδικασία Η έντονη ανησυχία που έχει προκληθεί, τόσο από οικολογικής όσο και από ανθρώπινης σκοπιάς, αποτέλεσε την εφαρμογή για την υλοποίηση πειραμάτων και τη διεξαγωγή της παρούσας εργασίας με απώτερο σκοπό τη διερεύνηση της τιμής της συγκέντρωσης του εξασθενούς χρωμίου για την οποία αναχαιτίζεται η βιολογική επεξεργασία των υπόγειων υδάτων, ρυπασμένων από αυτό. Πιο συγκεκριμένα, εξετάστηκαν δύο ανοξικά – αναερόβια συστήματα ενεργού ιλύος, διαλείποντος έργου (SBR), με στόχο την απομάκρυνση και αναγωγή του εξασθενούς σε τρισθενές σε υπόγεια ύδατα. Η προσομοίωση των βεβαρυμένων υπόγειων υδάτων με εξασθενές έγινε, πρακτικά, με νερό βρύσης με προστιθέμενη ποσότητα διαλύματος εξασθενούς χρωμίου, τροφής και θρεπτικών συστατικών. Στη συνέχεια, μελετήθηκε και ο μέγιστος ρυθμός ανάπτυξης (μmax - κινητική) των μικροοργανισμών που συμμετείχαν στους αντιδραστήρες SBR και για τις διάφορες τιμές εξασθενούς που εισέρχονταν στο σύστημα και αφού είχε επέλθει “steady-state” γι αυτούς. Τα πειράματα, συνολικής διάρκειας 10 μηνών, διεξήχθησαν στο Εργαστήριο Υγειονομικής Τεχνολογίας (Ε.Υ.Τ.), της Σχολής Πολιτικών Μηχανικών του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου (Ε.Μ.Π.). Αποτελέσματα - Συμπεράσματα Και τα δύο άνωθεν συστήματα, ίδιας πειραματικής διάταξης. λειτούργησαν υπό όμοιες συνθήκες. Συγκεκριμένα, ο υδραυλικός χρόνος παραμονής ήταν ίσος με 24 h (μία τροφοδότηση / ημέρα) και χρόνο παραμονής στερεών, θc = 10 d. Ο συνολικός τους όγκος ήταν 5 l και η ημερήσια παροχή, Q = 2 l/d. Η εκκίνηση των συστημάτων έγινε με χωνεμένη ιλύ από την ΕΕΛ της Ψυτάλλειας. Η συγκέντρωση του υποστρώματος που εισαγόταν σε καθημερινή βάση ήταν 200 mg/l, από τα οποία το 90% αποτελείτο από ζάχαρη και το υπόλοιπο 10% από γάλα. Η μοναδική παράμετρος που διαφοροποιεί τους δύο αντιδραστήρες είναι η συγκέντρωση εξασθενούς χρωμίου που εισήχθη από το Σεπτέμβριο του 2013 έως και τις αρχές Ιουλίου του 2014. Για καθέναν από τους δύο, δοκιμάστηκαν 3 τιμές συγκέντρωσης, οπότε 6 στο σύνολο, ξεκινώντας από μηδενική και φτάνοντας μέχρι και τα 3 mg/l. Πιο αναλυτικά, η απομάκρυνση του εξασθενούς χρωμίου μέσω αναγωγής του σε τρισθενές ήταν επιτυχής μέχρι και τα 3000 μg/l και η συγκέντρωση υπολειπόμενου εξασθενούς στην έξοδο ήταν ίση με 0 μg/l. Η μικρότερη απόδοση ως προς την απομάκρυνση του Cr(VI), 82,5%, εμφανίζεται για τιμή εισόδου ίση με 400 μg/l, λόγω μη επαρκούς εγκλιματισμού της βιομάζας και μικρής χρονικής παραμονής στη συγκέντρωση αυτή. Η συγκέντρωση του διαλυτού COD στην έξοδο κυμάνθηκε για όλες τις τιμές του Cr(VI) από 7 mg/l έως 27 mg/l, με την τελευταία να εμφανίζεται στα 400 μg/l για το λόγο που προαναφέρθηκε. Ως προς το ολικό χρώμιο στην έξοδο των αντιδραστήρων, οι τιμές είναι χαμηλότερες από το ανώτατο όριο των 100 μg/l για άρδευση, εκτός από τις συγκεντρώσεις εξασθενούς στην είσοδο 400 μg/l (με μέσο όρο τα 190 μg/l) και 800 μg/l (με μέσο όρο τα 239 μg/l). Ως προς το διηθημένο χρώμιο εκροής, πληροί για όλες τις συγκεντρώσεις εξασθενούς στην είσοδο τα ανώτατα όρια νομοθεσίας για άρδευση και ύδρευση (100 μg/l και 50 μg/l, αντίστοιχα). Εξαίρεση αποτελούν οι μέσοι όροι εξόδου 129 μg/l και 106 μg/l, για αντίστοιχες συγκεντρώσεις Cr(VI) 400 μg/l και 800 μg/l. Η συγκέντρωση ολικού χρωμίου στο ανάμικτο υγρό, για όλες τις τιμές εξασθενούς στην είσοδο, υπερβαίνει το ανώτατο όριο αγροτικής διάθεσης της παραγόμενης ιλύος, 500 mg Cr tot / Kg MLSS. Ως προς τα πειράματα batch που πραγματοποιήθηκαν για τον προσδιορισμό του μέγιστου ρυθμού ανάπτυξης της βιομάζας, παρατηρείται ότι τελικά το εξασθενές χρώμιο για τα συγκεκριμένα συστήματα, με τις παρούσες συνθήκες και γι’ αυτές τις τιμές εξασθενούς χρωμίου δεν αποτέλεσε αναχαιτιστική ουσία, καθώς με εξαίρεση τη μηδενική τιμή Cr(VI) όπου εμφανίζεται ο μέγιστος ρυθμός, οι υπόλοιποι κυμαίνονται από 0,252 day-1 - 0,369 day-1. Ωστόσο, φαίνεται να αποκλίνει από τις παρατηρήσεις αυτές η τιμή των 400 μg/l, με την υψηλότερη τιμή σε ποσοστό αναχαίτισης, οπότε και τον μικρότερο ρυθμό ανάπτυξης (70% και 0,168 d-1, αντίστοιχα) και να επιβεβαιώνονται με αυτό τον τρόπο τα αποτελέσματα των αντιδραστήρων διαλείποντος έργου για τις υψηλές τιμές Cr(VI)out. Μελλοντική έρευνα Εν κατακλείδι, η εφαρμογή της συγκεκριμένης μεθόδου εκτός από τα υπόγεια ύδατα και σε μεγαλύτερη κλίμακα, όπως τα αστικά και βιομηχανικά απόβλητα, και η περαιτέρω διερεύνηση για τιμές εξασθενούς μεγαλύτερες από 3000 μg/l και εξακρίβωση αν και εφόσον θα επιτευχθούν τα ίδια επιτυχή ποσοστά απομάκρυνσής του, αποτελεί το επόμενο βήμα μελλοντικής ερευνητικής εργασίας, με ταυτόχρονη μελέτη του μέγιστου ρυθμού ανάπτυξης, μέσω πειραμάτων batch.	el
heal.abstract	Introduction – Motivation Chromium, a hard metallic element, is found in various forms with the most common, trivalent (+3) and hexavalent (+6). Hexavalent, the most toxic, strongly oxidative form of chromium as well as is considered to be a mutagen and carcinogen, is the one for which reference is made in this thesis and mainly comes from anthropogenic activities and various industries. The last ones release hexavalent in the air and clean water, so chromium and its compounds can be discharged in surface water and groundwater. On disposal of untreated industrial waste containing Cr (VI) in water bodies, the levels of the receiving waters and groundwater may reach several tens of mg/l, as recently announced in the press for the water of the area Asopos, which are abstracted and prepared for human consumption and irrigation. Object - Experimental process Because of the need to develop cost – effective and more environmentally friendly techniques, biological removal of Cr(VI) have aroused great interest. The intense concerned, that has been caused both in terms of ecological and humanitarian perspective, has brought about the application for the implementation of experiments and the conducting of this study with ultimate purpose the investigation of the concentration of hexavalent chromium which inhibits the biological treatment of groundwater contaminated by it. More specifically, two anoxic - anaerobic systems of activated sludge were examined, (SBR), aimed at the removal and reduction of hexavalent to trivalent in underground water. The simulation of the charged groundwater with hexavalent chromium was practically done with water and added quantity of solution of hexavalent chromium, food and nutrients. Then, the maximum growth rate (μmax - kinetics) of the microorganisms has been studied, in SBR reactors and for various values of hexavalent chromium, after it had been accomplished "steady-state" for them. The experiments lasted 10 months and took place in Sanitary Engineering Laboratory (S.E.L.), Faculty of Civil Engineering, National Technical University of Athens (NTUA). Results – Conclusions Both of the above systems operated under similar conditions. Specifically, the hydraulic retention time was equal to 24 h (one feed / day) and sludge retention time, θc = 10 d. Their total volume was 5 l and the daily flow, Q = 2 l /d. The daily concentration of substrate was 200 mg /l, of which 90% consisted of sugar and the remaining 10% of milk. The only parameter that distinguishes the two reactors is the concentration of hexavalent chromium that was introduced from September 2013 to July 2014. 6 in total concentrations were tasted, starting from 0 μg/l to 3 mg / l. More specifically as far as the removal of hexavalent chromium is concerned, was successful for 3000 μg/l and the residual concentration of hexavalent at the outlet was equal to 0 μg /l. The lower percentage for the removal of Cr (VI), 82,5%, corresponds to 400 μg/l, due to inadequate acclimatization of biomass and little-time stay at this concentration. The concentration of the soluble COD at the outlet varied from 7 mg/l to 27 mg/l, the latter being appeared at 400 μg/l for the reason mentioned above. Regarding total chromium, in the outlet of the reactors, the prices are lower than the limit of 100 μg/l for irrigation, except of the concentration 400 μg/l (average price 190 μg /l) and 800 μg/l (average price 239 μg/l). Furthermore, the soluble chromium in the outlet, for all concentrations of hexavalent, complies with the Greek regulated limits for irrigation and water supply (100 μg/l and 50 μg/l, respectively). Exceptions are the averages prices 129 μg/l and 106 μg/l, corresponding to concentrations of Cr (VI) 400 μg/l and 800 μg/l. In addition to this, the concentration of total chromium in the mixed liquid suspended solid, for all values of the hexavalent, exceeds the maximum limit of rural disposal of sludge, 500 mg Cr tot / Kg MLSS. As far as batch experiments are concerned, they were carried out to determine the maximum growth rate of biomass, and it has been eventually observed that hexavalent chromium for these systems, was not inhibitory substance, and with the exception of 0 μg/l which appears the maximum rate, the remaining are ranging from 0,252 day-1 to 0,369 day-1. However, it seems to deviate from these observations the value of 400 μg/l, with the highest percentage of inhibition and the lower growth rate (70% and 0,168 d-1, respectively), confirming by this way the results of SBR reactors. Proposals In conclusion, the application of this method except for groundwater on a larger scale, such as urban and industrial waste, and the further investigation for hexavalent values greater than 3000 μg/l, is the next step for future research work as it seems very promising goal. Finally, studying the maximum growth rate through experiments batch sounds an intriguing proposal.	en
heal.advisorName	Μαμάης, Δανιήλ	el
heal.committeeMemberName	Νουτσόπουλος, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Γιακουμάκης, Σπυρίδων	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Πολιτικών Μηχανικών.Τομέας Υδάτινων Πόρων και Περιβάλλοντος - Εργαστήριο Υγειονομικής Τεχνολογίας (Ε.Υ.Τ.)	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	306 σ.	el
heal.fullTextAvailability	true