Απολύμανση υδάτων με χρήση ετερογενούς φωτοκατάλυσης - Εφαρμογή σε υγρά απόβλητα και ιαματικά ύδατα

Λύσκας, Γεώργιος; Lyskas, Georgios

dc.contributor.author	Λύσκας, Γεώργιος	el
dc.contributor.author	Lyskas, Georgios	en
dc.date.accessioned	2020-10-02T08:45:22Z
dc.date.available	2020-10-02T08:45:22Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/51243
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.18941
dc.rights	Default License	en
dc.subject	Ετερογενής φωτοκατάλυση, διοξείδιο τιτανίου, βιολογικός καθαρισμός, υγρά απόβλητα, φωτοκαταλυτικός αντιδραστήρας, disinfection, decontamination, chlorination, hot springs, hot springs waters characteristics	el
dc.title	Απολύμανση υδάτων με χρήση ετερογενούς φωτοκατάλυσης - Εφαρμογή σε υγρά απόβλητα και ιαματικά ύδατα	el
dc.contributor.department	Γενικής Χημείας	el
heal.type	Bachelorthesis	en
heal.classification	Ανόργανη χημεία	el
heal.classification	Ανόργανες βιομηχανίες	el
heal.language	el	en
heal.access	free	en
heal.recordProvider	ntua	en
heal.publicationDate	2019-09-30
heal.abstract	Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η εξέταση της απολυμαντικής ικανότητας της ετερογενούς φωτοκατάλυσης δε δύο διαφορετικές περιπτώσεις. Από τη μία, μελετάται η απολύμανση των υγρών αποβλήτων του βιολογικού καθαρισμού της Αντιπάρου και από την άλλη η εξυγίανση των υδάτων των ιαματικών πηγών του σπηλαίου Ανυγρίδων Νυμφών (σπήλαιο Καϊάφα). Στην πρώτη περίπτωση, εξετάζεται η μείωση του μικροβιολογικού φορτίου των λυμάτων, με στόχο την επαναχρησιμοποίησή τους σε αρδευτικούς σκοπούς, σύμφωνα με τα όρια που θέτει η νομοθεσία. Στη δεύτερη περίπτωση, εκτός της μείωσης του μικροβιολογικού φορτίου, εξετάζεται και η ταυτόχρονη διατήρηση του ιαματικού χαρακτήρα των υδάτων. Την τελευταία δεκαετία, η ραγδαία επιδείνωση της περιβαλλοντικής ρύπανσης έχει επηρεάσει σε μεγάλο βαθμό και τα ύδατα του πλανήτη. Λόγω της επιτακτικής ανάγκης για αναζήτηση νέων τεχνολογιών και μεθόδων επεξεργασίας του νερού, οι Προχωρημένες Οξειδωτικές Μέθοδοι Αντιρρύπανσης (Π.Ο.Μ.Α.) εφαρμόζονται όλο και περισσότερο, καθώς πρόκειται για μεθόδους ιδιαίτερα οικονομικές και αποτελεσματικές. Στα πλαίσια αυτής της διπλωματικής εργασίας, μελετάται μια από τις πιο σημαντικές και ευρέως χρησιμοποιούμενες Π.Ο.Μ.Α., η ετερογενής φωτοκατάλυση. Πιο συγκεκριμένα, σκοπός της εργασίας είναι να μελετηθεί η αποτελεσματικότητα της φωτοκατάλυσης α) στην απολύμανση υγρών αποβλήτων βιολογικού καθαρισμού, β) στην απολύμανση ιαματικών υδάτων και πως αυτή επηρεάζει τον ιαματικό τους χαρακτήρα. Παράλληλα, στα πλαίσια της παρούσας εργασίας και για την εκτέλεση των πειραμάτων φωτοκατάλυσης, κατασκευάζεται ειδική διάταξη προσομοίωσης φωτοκαταλυτικού αντιδραστήρα. Αρχικά, το ενδιαφέρον επικεντρώνεται στην απολύμανση των υγρών αποβλήτων του βιολογικού καθαρισμού της Αντιπάρου. Τα λύματα επεξεργάστηκαν με εφαρμογή ετερογενούς φωτοκατάλυσης με χρήση του διοξειδίου του τιτανίου (TiO2) ως φωτοκαταλύτη και υπεριώδη UV ακτινοβολία. Η επιλογή του συγκεκριμένου καταλύτη έγινε λόγω των σημαντικών πλεονεκτημάτων που παρουσιάζει συγκριτικά με άλλους, ενώ η συγκεκριμένη ακτινοβολί είναι πιο αποδοτική κατά τις φωτοκαταλυτικές διεργασίες. Αρχικά πραγματοποιήθηκαν μικροβιολογικές αναλύσεις σε δείγματα των λυμάτων ώστε να διαπιστωθεί το μικροβιολογικό τους φορτίο, σε εντερόκοκκους και στρεπτόκοκκους. Στη συνέχεια, έλαβε χώρα η φωτοκατάλυση των υγρών αποβλήτων για μία ώρα σε συνθήκες περιβάλλοντος και έπειτα πραγματοποιήθηκε μικροβιολογική ανάλυση του επεξεργασμένου λύματος, ώστε να ελεγχθεί η μείωση των μικροβίων. Αντίστοιχα, η φωτοκατάλυση με TiO2 και UV ακτινοβολία εφαρμόστηκε στην εξυγίανση των ιαματικών υδάτων του σπηλαίου των Ανυγρίδων Νυμφών. Η περίπτωση αυτή διαφέρει από την προηγούμενη καθώς πέρα από την ελάττωση του μικροβιολογικού φορτίου, εξίσου σημαντικό είναι να μην αλλοιωθεί ο ιαματικός χαρακτήρας των υδάτων. Για τον σκοπό αυτό, αρχικά πραγματοποιήθηκαν χημικές αναλύσεις ώστε να μετρηθούν οι ποσότητες των ενώσεων που καθορίζουν τον ιαματικό χαρακτήρα των νερών και μικροβιολογικές αναλύσεις για την εξακρίβωση της ύπαρξης ανεπιθύμητων μικροοργανισμών στα ιαματικά ύδατα. Κατόπιν, εφαρμόστηκε φωτοκατάλυση για την απολύμανση των ιαματικών υδάτων στην ίδια διάταξη και στις συνθήκες που έλαβε χώρα προηγουμένως. Τέλος, ακολούθησε επανάληψη των αναλύσεων μετά τη φωτοκατάλυση ώστε να κριθεί εάν η μέθοδος ήταν επιτυχής. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα που προέκυψαν, στην περίπτωση των υγρών αποβλήτων, το μικροβιακό φορτίο πριν την φωτοκατάλυση ξεπερνάει τα όρια που θέτει η νομοθεσία για την επαναχρησιμοποίησή του. Μετά τη χρήση της μεθόδου, διαπιστώνεται η εξάλειψη των μικροβίων, γεγονός που καθιστά το επεξεργασμένο νερό κατάλληλο για άρδευση αφού πληροί τις νομοθετικές προϋποθέσεις. Παράλληλα, όσον αφορά την δεύτερη περίπτωση, το μικροβιακό φορτίο των ιαματικών υδάτων έχει μειωθεί κατά 100% μετά την φωτοκατάλυση. Επιπλέον, ο ιαματικός του χαρακτήρας παραμένει αναλλοίωτος, σύμφωνα με τις μετρήσεις. Αποδεικνύεται ότι η ετερογενής φωτοκατάλυση με διοξείδιο του τιτανίου αποτελεί μια πολύ αποτελεσματική μέθοδο όχι μόνο για απλές περιπτώσεις επεξεργασίας υγρών αποβλήτων με σκοπό την επαναχρησιμοποίησή τους, αλλά και για πιο περίπλοκες, καθώς έχει την ικανότητα να απολυμαίνει και ταυτόχρονα να μην επηρεάζει τα ιαματικά ύδατα.	el
heal.abstract	During the recent years, the extreme increase of the environmental pollution has extremely affected the water of the planet. On account of the urgent searching for new technologies and ways of water and wastewater treatment, the use of the Advanced Oxidation Processes (AOPs) is blooming, because of their efficiency, economical and environment-friendly advantages over conventional remediation methodologies. In the context of the current experimental research project, one of the most widely used AOPs is studied, the heterogeneous photocatalysis. In particular, the main purpose of this project is the examination of the efficiency of photocatalysis on two different cases: a) on the disinfection of effluent of a wastewater treatment plant, b) on the disinfection of hot springs water and how the medicinal properties are affected by this treatment. Thus, a simulation photocatalysis tank is constructed for the conduction of the experiments. Firstly, the disinfection of the wastewater of Antiparos’ biological treatment is investigated. The method of heterogeneous photocatalysis with TiO2 and UV blacklight was used for this purpose. Titanium dioxide was selected as the catalyst owing to its benefits compared to other catalysts, while the UV blacklight was selected because of its effectiveness during the photocatalysis. After the photocatalytic process, the wastewater samples were analyzed chemically and biologically, in order that their coliforms and bacteria amounts are measured. Subsequently, the wastewater was treated by the photocatalytic process for alternate time durations and catalyst quantities and the chemical and biological analysis was repeated in order to examine the decrease of the microorganisms. Respectively, the titanium dioxide – UV light photocatalysis is used for the disinfection of the waters of Anigridon Nymphs Caves hot springs. This particular case is different from the wastewater treatment processes, since apart from the bacterial decrease, it is crucial that the medicinal abilities of the waters are not affected. Due to this case, chemical analyses were conducted for the examination of the chemical substances which determine the medicinal characteristics of the waters and microbiological analysis for the confirmation of existence of toxic microorganisms. As for the hot spring waters treatment, the process of photocatalysis was conducted, while these experiments were held in the same tank. Finally, the analyses were repeated so the effectiveness of the method is evaluated. According to the results, as far as the treatment of the wastewater, the bacterial levels before the photocatalysis are exceeding the levels that have been determined by the legislation for the wastewater reuse. However, after the disinfection process, the measurements prove that the bacteria have been completely destructed; therefore the treated wastewater is considered suitable for irrigation in accordance of the legislation. As for the hot spring waters case, the microbial load has decreased to 0 with the usage of photocatalysis. Furthermore, the medicinal characteristics of the hot spring waters have not been distorted. In conclusion, it is demonstrated that the TiO2 heterogeneous photocatalysis is an efficient disinfectant process that applies into both a case of wastewater treatment and a more complex situation like the consolidation and the simultaneous preservation of its medicinal properties.	en
heal.sponsor	nanoviis	en
heal.advisorName	Παυλάτου, Ευαγγελία	el
heal.committeeMemberName	Κέκος, Δημήτριος	el
heal.committeeMemberName	Χαραλάμπους, Αικατερίνη	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Χημικών Επιστημών (I). Εργαστήριο Γενικής Χημείας	el
heal.academicPublisherID	ntua	en
heal.numberOfPages	112 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false	en