Διερεύνηση μεθόδων ανάπτυξης πολυφωσφορικών βακτηρίων υπό συνθήκες υψηλού φορτίου αζώτου με παράλληλη νιτρωδοποίηση-
απονιτρωδοποίηση

Θεμελή, Ευαγγελία; Themeli, Evangelia

dc.contributor.author	Θεμελή, Ευαγγελία	el
dc.contributor.author	Themeli, Evangelia	en
dc.date.accessioned	2020-04-28T08:53:44Z
dc.date.available	2020-04-28T08:53:44Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/50279
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.17977
dc.rights	Default License
dc.subject	EBPR	en
dc.subject	Πολυφωσφορικά βακτήρια	el
dc.subject	PAOs	en
dc.subject	GAOs	en
dc.subject	WWTP	en
dc.subject	Nitritation	en
dc.subject	Νιτροδωποίηση	el
dc.subject	Απομάκρυνση φωσφόρου	el
dc.subject	Επεξεργασία λυμάτων	el
dc.subject	Αναχαίτιση βιολογικής δέσμευσης φωσφόρου	el
dc.title	Διερεύνηση μεθόδων ανάπτυξης πολυφωσφορικών βακτηρίων υπό συνθήκες υψηλού φορτίου αζώτου με παράλληλη νιτρωδοποίηση- απονιτρωδοποίηση	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Environmental engineering	en
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2019-07
heal.abstract	Στην παρούσα διπλωματική εργασία διερευνώνται οι στρατηγικές καλλιέργειας πολυφωσφορικών βακτηρίων υπό υψηλό φορτίο αζώτου με παράλληλη επίτευξη νιτρωδοποίησης - απονιτρωδοποίησης. Η απόρριψη λυμάτων με μεγάλη περιεκτικότητα σε άζωτο και φώσφορο στο υδάτινο περιβάλλον προκαλεί έντονα ρυπαντικά φαινόμενα με κυριότερο το φαινόμενο του ευτροφισμού, επομένως η κατάλληλη επεξεργασία τους πριν τη διάθεση αποτελεί μονόδρομο για την προστασία του περιβάλλοντος. Οι βιολογικές μέθοδοι επεξεργασίας των λυμάτων κερδίζουν συνεχώς έδαφος έναντι των χημικών, καθώς προσφέρουν εξοικονόμηση φυσικών και οικονομικών πόρων, ενώ παράλληλα συμβάλλουν στην πρακτική της ανακύκλωσης και της κυκλικής οικονομίας. Μια τυπική εγκατάσταση επεξεργασίας διαθέτει μια γραμμή επεξεργασίας λυμάτων και μια γραμμή για την επεξεργασία της ιλύος. Τα στραγγίδια που παράγονται από τη γραμμή ιλύος και επανακυκλοφορούνται στο σύστημα χαρακτηρίζονται από υψηλό φορτίο αζώτου και φωσφόρου, γεγονός που μπορεί να οδηγήσει την εγκατάσταση στην αστοχία, συνεπώς κρίνεται απαραίτητη η προσθήκη μιας γραμμής στραγγιδίων. Οι μικροοργανισμοί που είναι υπεύθυνοι για τη βιολογική απομάκρυνση φωσφόρου είναι τα πολυφωσφορικά βακτήρια, τα οποία έχουν την ιδιότητα να προσλαμβάνουν οργανικές ενώσεις εκλύοντας φώσφορο υπό αναερόβιες συνθήκες, ενώ παρουσία οξυγόνου ή νιτρωδών οξειδώνουν τις αποθηκευμένες οργανικές ουσίες δεσμέυοντας το φώσφορο της υγρής φάσης. Η απομάκρυνση του αζώτου πραγματοποιείται συνήθως μέσω της νιτροποίησης - απονιτροποίησης. Ωστόσο, τα τελευταία χρόνια το ενδιαφέρον της επιστημονικής κοινότητας έχει στραφεί στη συ- ντομευμένη διεργασία της νιτρωδοποίησης - απονιτρωδοποίησης με ταυτόχρονη απομάκρυνση φωσφόρου, καθώς η νιτρωδοποίηση έχει μικρότερες απαιτήσεις σε οξυγόνο, ενώ ταυτόχρονα έχει ανακαλυφθεί η δυνατότητα των πολυφωσφορικών βακτηρίων να απονιτρωδοποιούν. Το γεγονός αυτό μειώνει αρκετά τις απαιτήσεις της εγκατάστασης σε οργανικές ουσίες περιορίζοντας παράλληλα το ενεργειακό κόστος. Παρόλα αυτά τα βιολογικά συστήματα απομάκυνσης αζώτου και φωσφόρου χαρακτηρίζονται από έντονη αστάθεια. Κυριότερες αιτίες αστοχίας είναι η ύπαρξη ουσιών στο σύστημα που αναχαιτίζουν τη δραστηριότητα των πολυφωσφορικών βακτηρίων ή η ανάπτυξη βακτηρίων ανταγωνιστικών προς τα πολυφωσφορικά ή ακόμα και συνδυασμός των δύο. Επομένως είναι απαραίτητη η κατανόηση της φυσιολογίας των πολυφωσφορικών βακτηρίων σε μεγαλύτερο βάθος, ώστε να επιτευχθεί υψηλή απόδοση και σταθερότητα στην εγκατάσταση επεξεργασίας. Για το σκοπό αυτό αναπτύχθηκε στο Εργαστήριο Υγειονομικής Τεχνολογίας του ΕΜΠ καλλιέργεια πολυφωσφορικών βακτηρίων εγκλιματισμένης σε υψηλές συγκεντρώσεις νιτρωδών σε αντιδραστήρα εναλλασσόμενων φάσεων λειτουργίας (SBR) με ανάμικτο υγρό από την ΕΕΛ της Ψυττάλειας. Η χρονική περίοδος κατά την οποία εκτελέστηκε η πειραματική εργασία διήρκεσε από τις 3 Μαΐου 2018 μέχρι τις 19 Φεβρουαρίου 2019, ενώ το σύστημα εξακολουθεί να λειτουργεί μέχρι σήμερα. Η πειραματική εργασία χωρίστηκε σε τέσσερις επιμέρους περιόδους, κατά τις οποίες εξετάστηκαν διαφορτικές πειραματικές διατάξεις με σκοπό τον προσδιορισμό της βέλτιστης στρατηγικής για την ανάπτυξη και διατήρηση καλλιέργειας πολυφωσφορικών. Τα βασικότερα σημεία της διερεύνησης που πραγματοποιήθηκαν με την εκάστοτε πειραματική διάταξη αφορούσαν στην οργανική τροφή του συστήματος καθώς και στη μέθοδο που χρησιμοποιήθηκε για την αναχαίτιση της νιτριοκοποίησης. Κατά την πρώτη περίοδο λειτουργίας (03/05/18-12/06/18) το σύστημα τροφοδοτήθηκε με διάλυμα οξικού και προπιονικού οξέος σε αναλογία 50-50%, ενώ η αναχαίτιση της νιτρικοποίησης επετεύχθη μέσω της σταδιακής αύξησης του αμμωνιακού φορτίου του συστήματος, ώστε να αναχαιτιστούν τα νιτρικοποιητικά βακτή- ρια (ΝΟΒ) λόγω υψηλών συγκεντρώσεων ελεύθερης αμμωνίας. Ο μέγιστος ρυθμός αερόβιας δέσμευσης φωσφόρου που επετεύχθη με την εν λόγω στρατηγική είναι PUR = 9:4mgP/VSS -h. Στη δεύτερη περίοδο λειτουργίας (12/06/18-24/07/18) ο μέγιστος ρυθμός αερόβιας δέσμευσης φωσφόρου που επετεύχθη ήταν PUR = 8:55mgP/VSS-h. Κατά την περίοδο αυτή η τροφή εναλλασσόταν μεταξύ οξικού και προπιονικού οξέος, ώστε να δοθεί πλεονέκτημα στα πολυφωσφορικά βακτήρια έναντι των ανταγωνιστών τους (GAOs), ενώ η στρατηγική αναχαίτισης των ΝΟΒ διατηρήθηκε ίδια όπως και στην πρώτη περίοδο. Κατά την τρίτη περίοδο λειτουργίας (05/09/18-30/10/18) εφαρμόστηκε και πάλι εναλλαγή τροφής με μέγιστο ρυθμό αερόβιας δέσμευσης φωσφόρου PUR = 11:92 mgP/VSS-h, ωστόσο η διεργασία της νιτρικοποίησης αναχαιτίστηκε λόγω χαμηλής συγκέντρωσης οξυγόνου στην αερόβια φάση. Στην τέταρτη και τελεταία περίοδο λειτουργίας (31/10/18-19/02/19) πραγματοποιήθηκε αξιοποίηση της απονιτρωδοποιητικής ικανότητας των πολυφωσφορικών βακτηρίων. Η οργανική ουσία που τροφοδοτούταν στο σύστημα ήταν το προπιονικό οξύ, ενώ η διάρκεια της αερόβιας φάσης μειώθηκε, ώστε ο χρόνος παρα-μονής των πολυφωσφορικών να είναι μεγαλύτερος από αυτόν των ανταγωνιστών τους. Ο συνδυασμός των δύο αυτών παραμέτρων έδωσε ανταγωνιστικό πλεονέκτημα στα πολυφωσφορικά βακτήρια έναντι των ανταγωνιστικών βακτηρίων, τα οποία απομακρύνθηκαν σταδιακά από το σύστημα. Τέλος, η διεργασία της νιτρικο- ποίησης αναχαιτίστηκε λόγω του μικρού αερόβιου χρόνου παραμονής. Ο μέγιστος ρυθμός αερόβιας δέσμευσης φωσφόρου που επετεύχθη με την εν λόγω στρατηγική είναι PUR = 29mgP/V SS-h Στο τέλος των τριών πρώτων περιόδων λειτουργίας το σύστημα αστόχησε καθώς στην μεν πρώτη η αύξηση της αμμωνίας δεν πραγματοποιήθηκε με αρκετά αργό ρυθμό με αποτέλεσμα τα πολυφωσφορικά να αναχαιτιστούν λόγω υψηλών συγκε- ντρώσεων νιτρωδών, ενώ στις άλλες δύο παρουσιάστηκε βλάβη στο σύστημα παροχής οξυγόνου με συνέπεια να διακοπούν οι αερόβιες διεργασίες (δέσμευση φωσφόρου και νιτρωδοποίηση). Κατά τη διάρκεια της πειραματικής εργασίας πραγματοποιούνταν τακτικοί έλεγχοι της απόδοσης του συστήματος, καθώς και μεμονωμένα πειράματα διερεύνησης της επίδρασης της αλλαγής στην οργανική τροφή και στη διάρκεια της αναερόβιας φάσης στο μεταβολισμό των πολυφωσφορικών βακτηρίων. Εξετάστηκε επίσης η επιρροή της αμμωνίας στις αναερόβιες και αερόβιες διεργασίες που πραγματοποιούν οι μικροοργανισμοί αυτοί. Τέλος κατά τη δεύτερη περίοδο λειτουργίας εκτελέστηκαν τρία πειράματα διερεύνησης της αναχαίτισης της αερόβιας δέσμευσης φωσφόρου λόγω υψηλών συγκεντρώσεων νιτρωδών, όταν η βιομάζα είναι εγκλιματισμένη σε συγκέντρωση ελεύθερου νιτρώδους οξέος FNA = 0:71μg/L, ενώ στην επόμενη περίοδο διερευνήθηκε και η ενδεχόμενη τοξικότητά τους για τα πολυφωσφορικά. Σύμφωνα με τα πειραματικά αποτελέσματα καθώς και προηγούμενες έρευνες που έχουν διαξαχθεί στο Εργαστήριο Υγειονομικής Τεχνολογίας του ΕΜΠ, η βιομάζα της δεύτερης περιόδου λειτουργίας μπορεί να θεωρηθεί εγκλιματισμένη σε κάποιο βαθμό. Εν τέλει εξετάστηκαν όλα τα πειραματικά αποτελέσματα συγκεντρωτικά, ώστε να αξιολογηθούν οι πειραματικές διατάξεις που εφαρμόστηκαν και να προσδιοριστούν οι βέλτιστες λειτουργικές συνθήκες για την καλλιέργεια των πολυφωσφορι- κών βακτηρίων	el
heal.advisorName	Νουτσόπουλος, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Νουτσόπουλος, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Μαλαμής, Συμεών	el
heal.committeeMemberName	Μαμάης, Δάνος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Πολιτικών Μηχανικών. Τομέας Υδατικών Πόρων και Περιβάλλοντος. Εργαστήριο Υγειονομικής Τεχνολογίας	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	178 σ.
heal.fullTextAvailability	false