Βιολογική επί τόπου αποκατάσταση υπόγειων υδροφορέων ρυπασμένων με εξασθενές χρώμιο υπό διαφορετικές συνθήκες: πλήρως αναερόβιες και παρουσία θειικών

Αναστοπούλου, Πέτρα; Anastopoulou, Petra

dc.contributor.author	Αναστοπούλου, Πέτρα	el
dc.contributor.author	Anastopoulou, Petra	en
dc.date.accessioned	2021-03-31T13:32:50Z
dc.date.available	2021-03-31T13:32:50Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/53232
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.20930
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Επιστήμη και Τεχνολογία Υδατικών Πόρων”	el
dc.rights	Default License
dc.subject	Βιοαποκατάσταση υπόγειων υδροφορέων	el
dc.subject	Bioremediation of groudwater aquifers	en
dc.subject	Εξασθενές χρώμιο	el
dc.subject	Hexavalent chromium	en
dc.subject	Επί τόπου αποκατάσταση	el
dc.subject	In situ remediation	en
dc.subject	Θειοαναγωγικά βακτήρια	el
dc.subject	Sulfate reducing bacteria (SRB)	en
dc.subject	Εδαφικές στήλες	el
dc.subject	Soil columns	en
dc.subject	Μικρόκοσμοι	el
dc.subject	Microcosm	en
dc.title	Βιολογική επί τόπου αποκατάσταση υπόγειων υδροφορέων ρυπασμένων με εξασθενές χρώμιο υπό διαφορετικές συνθήκες: πλήρως αναερόβιες και παρουσία θειικών	el
dc.title	Biological in situ remediation of underground aquifers contaminated with hexavalent chromium under different conditions: fully anaerobic and in the presence of sulfate	en
heal.type	masterThesis
heal.classification	Περιβαλλοντική τεχνολογία	el
heal.classification	Environmental technology	en
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2021-03-08
heal.abstract	Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας ήταν η διερεύνηση της βιολογικής επί τόπου αποκατάστασης υπόγειων υδροφορέων ρυπασμένων με εξασθενές χρώμιο. Στο πλαίσιο αυτό συστάθηκαν δύο διαφορετικοί τύποι πειραμάτων, συστήματα εδαφικών στηλών και μικρόκοσμων. Βασικός σκοπός των πειραμάτων εδαφικών στηλών ήταν προσομοίωση των συνθηκών ροής σε έναν υπόγειο υδροφορέα και κατεπέκταση ο προσδιορισμός των κινητικών απομάκρυνσης του εξασθενούς χρωμίου. Για τον λόγο αυτόν, στήθηκαν δύο συστήματα εδαφικών στηλών συνεχούς τροφοδοσίας με τις ίδιες ακριβώς συνθήκες. Κάθε στήλη ήταν συνδεδεμένη με ένα δοχείο τροφοδοσίας διαλύματος εξασθενούς χρωμίου, ενώ η επανακυκλοφορία του διαλύματος επιτυγχανόταν με τη βοήθεια περισταλτικής αντλίας. Επιπλέον, στα συστήματα προστέθηκε εφάπαξ διάλυμα οργανικού φορτίου μίγματος μελάσας και EVO και επταένυδρος θειικός σίδηρος, ως χημικό αναγωγικό μέσο, με σκοπό να εξεταστεί η συζευγμένη βιοτική και αβιοτική αναγωγική ικανότητα των στηλών. Στο πλαίσιο προσομοίωσης ενός φυσικού υπόγειου υδροφορέα, οι στήλες αναπτύχθηκαν και συντηρήθηκαν κάτω από αναερόβιες συνθήκες και σε συνθήκες σκότους. Όσον αφορά τα πειράματα μικρόκοσμων, σκοπός ήταν ο προσδιορισμός των κινητικών αναγωγής του εξασθενούς χρωμίου κατά τη διερεύνηση διαφορετικών δοτών και αποδεκτών ηλεκτρονίων. Έτσι, συστάθηκαν δύο επιμέρους συστήματα με διαφοροποίηση ως προς τον αποδέκτη ηλεκτρονίων. Το πρώτο σύστημα ήταν κάτω από πλήρως αναερόβιες συνθήκες και το δεύτερο ήταν παρουσία θειικών ιόντων. Προκειμένου να αναπτυχθούν οι μικροβιοκοινότητες αναερόβιων και θειοαναγωγικών βακτηρίων, με ικανότητα αναγωγής του εξασθενούς χρωμίου, συστάθηκαν δύο μητρικές καλλιέργειες οι οποίες αναπτύχθηκαν στις ανάλογες συνθήκες, ως προς τον αποδέκτη ηλεκτρονίων, ενώ εγκλιματίστηκαν και στην παρουσία χρωμίου. Και στα δύο επιμέρους συστήματα μικρόκοσμων ελέγχθηκαν δέκα διαφορετικοί μηχανισμοί απομάκρυνσης του εξασθενούς χρωμίου. Ο πρώτος μηχανισμός απομάκρυνσης αποτέλεσε την προσρόφηση του εξασθενούς χρωμίου στο έδαφος. Ο μηχανισμός αυτός αποτέλεσε σύστημα αναφοράς, προκειμένου να προσδιοριστούν οι καθαροί ρυθμοί βιοτικής και χημικής αναγωγής των επόμενων εννέα μηχανισμών. Ο δεύτερος μηχανισμός αποτέλεσε την καθαρή βιοτική αναγωγική δράση των μικροοργανισμών των μικρόκοσμων. Κατά τον τρίτο και τον τέταρτο μηχανισμό εξετάστηκε η χημική αναγωγή του χρωμίου μα την προσθήκη θειούχου ή θειικού σιδήρου. Ο πέμπτος και ο έκτος μηχανισμός αφορούσε την ενισχυμένη βιοτική δράση των μικροοργανισμών, με την προσθήκη μελάσας ή EVO, ενώ στου υπόλοιπους τέσσερεις μηχανισμούς εξετάστηκε η σύζευξη της ενισχυμένης βιοτικής δράσης και της χημικής αναγωγής, με τον συνδυασμό θειούχου ή θειικού σιδήρου με μελάσα ή EVO. Στα πειράματα μικρόκοσμων οι ρυθμοί αναγωγής του εξασθενούς χρωμίου κυμάνθηκαν μεταξύ 0,118-0,436 ώρες-1 για τους αναερόβιους και 0,572-0,887 ώρες-1 για τα θειοαναγωγικά βακτήρια. Και στους δύο τύπους μικροβιακών κοινοτήτων ο μέγιστος ρυθμός απομάκρυνσης σημειώθηκε στον μηχανισμό σύζευξης βιοτικής και χημικής δράσης, με την προσθήκη EVO και θειικού σιδήρου, ενώ ο χαμηλότερος σημειώθηκε στην απλή παρουσία των μικροοργανισμών. Κατά την προσθήκη θειούχου σιδήρου δεν παρατηρήθηκε περαιτέρω απομάκρυνση εξασθενούς χρωμίου από αυτήν της προσρόφησής του στο έδαφος. Γενικά, τα θειοαναγωγικά βακτήρια παρουσίασαν σημαντικά υψηλότερες κινητικές απομάκρυνσης του εξασθενούς χρωμίου σχετικά με τους αναερόβιους μικρόκοσμους. Πιο συγκεκριμένα, με την παρουσία θειικών σημειώθηκε αύξηση του ρυθμού κατά ποσοστό 86,8% έως 375,1% συγκριτικά με τους αναερόβιους, ενώ η απλή παρουσία μικροοργανισμών στους μικρόκοσμους θειοαναγωγικών βακτηρίων προέκυψε μικρότερη μόνο κατά 19,7% συγκριτικά με τους αναερόβιους μικρόκοσμους στους οποίους είχε προστεθεί EVO και FeSO4. Όσον αφορά τα πειράματα των εδαφικών στηλών, οι κινητικές απομάκρυνσης κυμάνθηκαν μεταξύ 3,748-3,943 ημέρες-1, ενώ η συνολική μάζα εξασθενούς χρωμίου που απομακρύνθηκε από τα συστήματα ήταν 63,1-82,8 mg Cr6+. Τέλος, συγκριτικά με πειράματα προηγούμενων ερευνών, όπου εξετάστηκε η μεμονωμένη προσθήκη μίγματος μελάσας-EVO και θειικού σιδήρου, οι κινητικές της παρούσας εργασίας προέκυψαν κατά 73,5% και 186,6% μεγαλύτερες, αντίστοιχα.	el
heal.abstract	The main subject of this master thesis was the examination of the biological and physicochemical processes for the in situ purification of underground aquifers contaminated with hexavalent chromium. Experiments took place at the Laboratory of Sanitary Technology of the National Technical University of Athens. Specifically, soil column and microcosm experiments were conducted, simulating the flow conditions in a groundwater aquifer and the reduction of hexavalent chromium by different mechanisms, respectively. The main purpose of the soil column experiments was to determine kinetics of hexavalent chromium reduction under the combination of chemical and biological removal processes. Two soil columns and two Cr(VI) fed tanks had been set. The soil column systems except from hexavalent chromium were also once fed with molasses, EVO and FeSO4. Aqueous solution was recirculated through the column systems by using a peristaltic pump. The experiments lasted 189 days and 25 experimental phases took place. During all the experimental phases, samples were collected on a daily basis from inlet and outlet of the columns in order to determine hexavalent chromium concentrations. Samples were also collected frequently and were analyzed for pH, ORP, DO, EC, COD, VFAs, nitrate, nitrite, sulfate and sulfide. Microcosm experiments were also carried out in order to examine the removal rate of hexavalent chromium under different conditions. Different electron donors and acceptors were examined. Microcosm experiments were conducted under anaerobic conditions and in the presence of sulfate. In order to carry out the microcosm experiments, it was necessary to develop microbial communities with the ability to reduce hexavalent chromium to trivalent ones. Thus, parent cultures were developed using different electron acceptors and acclimatized to hexavalent chromium. Chromium reduction rates were examined in microcosm experiments by addition of different electron donors. Ten different microcosm subsystems were examined in the presence of molasses, EVO, FeS, FeSO4 and in coupled combinations of those, and also in the absence of molasses, EVO, FeS and FeSO4. Microcosm experiments lasted 153 days for anaerobic conditions and 127 days in the presence of sulfate. Samples were taken in every experimental phase that took place in order to determine the removal of hexavalent chromium. Concentrations of COD, VFAs, sulfate and sulfide were also controlled during the microcosm experiments. According to the results, chromium removal rates in microcosm experiments ranged between 0.118-0.436 hours-1 for anaerobic systems and 0.572-0.887 hours-1 for sulfate reducing bacteria. In both microbial communities the coupled abiotic and biotic processes induced by FeSO4 and EVO addition led to the highest removal rates, while no further chromium removal was observed by addition of FeS. In respect to the soil column experiments hexavalent chromium reduction rates ranged between 3.748-3.943 d-1, while the total estimated hexavalent chromium removed was 63.1-82.8 mg Cr6+.	en
heal.advisorName	Μαμάης, Δανιήλ	el
heal.committeeMemberName	Παπακωνσταντής, Ηλίας	el
heal.committeeMemberName	Νουτσόπουλος, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Μαμάης, Δανιήλ	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Πολιτικών Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	150 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false