Διερεύνηση της βιολογικής και φυσικοχημικής αναγωγής του εξασθενούς χρωμίου με τη χρήση εδαφικών στηλών και πειραμάτων μικρόκοσμου.

Βαρουξάκη, Αλεξία-Κατερίνα; Varouxaki, Alexia-Katerina

dc.contributor.author	Βαρουξάκη, Αλεξία-Κατερίνα	el
dc.contributor.author	Varouxaki, Alexia-Katerina	en
dc.date.accessioned	2021-05-12T15:29:57Z
dc.date.available	2021-05-12T15:29:57Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/53395
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.21093
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Επιστήμη και Τεχνολογία Υλικών”	el
dc.rights	Default License
dc.subject	Εδαφικές στήλες	el
dc.subject	Πειράματα μικρόκοσμου	el
dc.subject	Εξασθενές χρώμιο	el
dc.subject	Φυσικοχημική αναγωγή	el
dc.subject	Βιολογική αναγωγή	el
dc.subject	Biological remediation	en
dc.subject	Physicochemical remediation	en
dc.subject	Hexavalent chromium	en
dc.subject	Soil column	en
dc.subject	Microcosm experiments	en
dc.subject	Contaminated water	en
dc.subject	Cr(VI)	en
dc.subject	Cr(III)	en
dc.title	Διερεύνηση της βιολογικής και φυσικοχημικής αναγωγής του εξασθενούς χρωμίου με τη χρήση εδαφικών στηλών και πειραμάτων μικρόκοσμου.	el
heal.type	masterThesis
heal.classification	Περιβαλλοντική Μηχανική	el
heal.language	el
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2021-03-05
heal.abstract	Η παρούσα διπλωματική εργασία έχει ως στόχο τη μελέτη επί τόπου βιολογικών και φυσικοχημικών μεθόδων για την εξυγίανση ρυπασμένων με εξασθενές χρώμιο υδάτων. Τα υπόγεια νερά ανιχνεύονται μέσα σε γεωλογικούς σχηματισμούς του υπεδάφους, και αποτελούν τα αποθέματα γλυκού νερού που είναι κατάλληλα για οικιακές, αρδευτικές και υδρευτικές ανάγκες. Τα ύδατα αυτά απειλούνται από ρύπους, όπως τα βαρέα μέταλλα, τα χημικά προϊόντα, τα αστικά και βιομηχανικά απόβλητα, λόγω της τεχνολογικής ανάπτυξης και της αυξημένης ανθρώπινης δραστηριότητας. Στους επικίνδυνους αυτούς ρύπους ανήκει το εξασθενές χρώμιο, ένα ιδιαίτερα τοξικό και ευδιάλυτο βαρύ μέταλλο. Με σκοπό, λοιπόν, την επίτευξη της απορρύπανσης των υπόγειων υδροφορέων από το εξασθενές χρώμιο, εξετάστηκαν μέθοδοι επί τόπου αποκατάστασης, οικονομικές και φιλικές προς το περιβάλλον, οι οποίες δεν δημιουργούν επικίνδυνα παραπροϊόντα. Έτσι, πραγματοποιήθηκαν πειράματα εδαφικών στηλών, και πειράματα μικρόκοσμων, τα οποία έλαβαν χώρα στο Εργαστήριο Υγειονομικής Τεχνολογίας της σχολής Πολιτικών Μηχανικών του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου. Το σύστημα των εδαφικών στηλών που εφαρμόστηκε αποτελούνταν από δύο εδαφικές στήλες και δύο δοχεία τροφοδοσίας και είχαν στόχο την προσομοίωση των συνθηκών ροής σε έναν υπόγειο υδροφορέα. Εξετάστηκε η προσρόφηση του φυσικού εδάφους χωρίς και με την προσθήκη αναγωγικού μέσου, το οποίο χρησίμευε ως πηγή οργανικού άνθρακα (τροφή) για τους μικροοργανισμούς. Συνολικά, οι πειραματικές διεργασίες διήρκησαν 110 ημέρες και πραγματοποιήθηκαν επτά (7) πειραματικοί κύκλοι. Οι παράμετροι που εξετάστηκαν για τον έλεγχο του συστήματος ήταν το εξασθενές χρώμιο (Cr(VI)), το νιτρώδες και νιτρικό άζωτο (NO2-N, NO3-N), τα θειούχα και θειικά ιόντα (S2-, SO42-), το ολικό και διαλυτό COD και τα πτητικά οξέα (VFAs). Επιπλέον, γίνονταν συχνές μετρήσεις για το διαλυμένο οξυγόνο (DO), το δυναμικό οξειδοαναγωγής (REDOX), το pH και την αγωγιμότητα (EC). Όσον αφορά την περίπτωση του Control, στην οποία δεν πραγματοποιήθηκε προσθήκη αναγωγικού μέσου, η απομάκρυνση του εξασθενούς χρωμίου ακολούθησε κινητική πρώτης τάξης, αλλά ο ρυθμός της ήταν αρκετά χαμηλός. Με αρχική συγκέντρωση Cr(VI) ίση με 1mg/L απομακρύνθηκαν φυσικά από το έδαφος 0.82mgCr(VI) και 0.71mgCr(VI) ¬της στήλης 1 και 2, αντίστοιχα. Οι στήλες στην περίπτωση της βιολογική αναγωγής τροφοδοτήθηκαν με μίγμα μελάσας και EVO (συγκεντρώσεων 200mg/L και 800mg/L αντίστοιχα). Συνολικά η στήλη 1 απομάκρυνε 22.41mgCr(VI) (34,53mgCr(VI)/kgεδάφους), και οι ρυθμοί απομάκρυνσης που επιτεύχθηκαν κυμαίνονται από 0.48 – 3.33 d1-, ενώ αντίστοιχα η στήλη 2 απομάκρυνε 21.07mgCr(VI) (31.45mgCr(VI)/kgεδάφους), και οι ρυθμοί απομάκρυνσης κυμαίνονται από 0.49 – 3.15 d1-. Συμπερασματικά, η προσθήκη τροφής δίνει καλύτερα αποτελέσματα απομάκρυνσης, τα οποία είναι μεγαλύτερα από εκείνα του control, ακόμα και στον τελευταίο κύκλο ανακυκλοφορίας. Παράλληλα με τα πειράματα στήλης, πραγματοποιήθηκαν και πειράματα μικρόκοσμων, με στόχο τη μελέτη της αναγωγής του εξασθενούς χρωμίου υπό υψηλές συγκεντρώσεις θειικών ιόντων (400mg/L). Για την επίτευξη των πειραμάτων απαραίτητη ήταν η ύπαρξη κατάλληλης βιοκοινότητας, με την ικανότητα της αναγωγής του Cr(VI) σε Cr(III) και έτσι, παρασκευάστηκε αναερόβια μητρική καλλιέργεια που τροφοδοτούνταν με διάλυμα εξασθενούς χρωμίου, βουτυρικό οξύ και θειικά ιόντα. Μελετήθηκαν περιπτώσεις χωρίς και με προσθήκη χημικών ή αναγωγικών μέσων, καθώς επίσης και συνδυασμών αυτών. Τα πειράματα διήρκησαν 90 ημέρες και πραγματοποιούνταν δειγματοληψίες για να εξεταστεί η απομάκρυνση του εξασθενούς χρωμίου. Κατά τη διάρκεια των πειραμάτων, γίνονταν επίσης μετρήσεις για τον έλεγχο των θειούχων και των θειικών ιόντων (S2-, SO42-). Η συζευγμένη βιοτική και αβιοτική απομάκρυνση με παράλληλη προσθήκη αναγωγικού μέσου, κρίθηκε η πιο αποτελεσματική μέθοδος αναγωγής του εξασθενούς χρωμίου σε τρισθενές. Συγκρίνοντας όλες οι περιπτώσεις μεταξύ τους, εκείνη που συνδυάζει προσθήκη EVO και διαλύματος επταένυδρου θειικού σιδήρου στους περιέκτες της θεωρήθηκε η καταλληλότερη (Περίπτωση 10).	el
heal.abstract	Present thesis aims to study in situ biological and physicochemical methods for the remediation of hexavalent chromium Cr(VI) contaminated water. Underground water is detected in geological formations of the subsoil, and is the freshwater reserves that are suitable for domestic, irrigation and water supply needs. Groundwaters are threatened by pollutants such as heavy metals, chemicals, municipal and industrial waste, due to technological development and increased human activity. These dangerous pollutants include hexavalent chromium, a highly toxic and soluble heavy metal. Therefore, in order to achieve decontamination of underground aquifers from Cr(VI), in situ methods of restoration were considered, economically advantageous and eco-friendly, which do not create dangerous by-products. Thus, soil column and microcosm experiments were performed, which took place at the Laboratory of Sanitary Technology of the School of Civil Engineering of the National Technocal University of Athens. Soil column system applied, consisted of two soil columns and two feed tanks and aimed at simulating the flow conditions in an underground aquifer. The adsorption of natural soil without and with the addition of reductants, which served as a source of organic carbon for microorganisms, was examined. The experimental processes lasted 110 days and seven (7) experimental phases was performed. The parameters tested for system control were hexavalent chromium (Cr(VI)), nitrite and nitrogen (NO2-N and NO3-N), sulfides and sulfates (S2- and SO42-), total and soluble COD and volatile acids (VFAs). In addition, frequent measurements were made for dissolved oxygen (DO), redox potential (REDOX), pH and conductivity (EC). In the case of Control, in which no reductant was added, the removal of hexavalent chromium followed first-order kinetics, but its rate was quite low. With an initial concentration of Cr(VI) of 1mg/L, 0.82mgCr(VI) and 0.71mgCr(VI) of column 1 and 2 were naturally removed from the soil, respectively. The columns in the case of biological reduction were fed with a mixture of molasses and EVO (concentrations 200mg/L and 800mg/L respectively). Column 1 removed 22.41mgCr(VI) (34.53mgCr(VI)/kgsoil), and the removal rates achieved ranged from 0.48 – 3.33d1-, while column 2 removed 21.07mgCr(VI) (31.45mgCr(VI)/kgsoil), and removal rates range from 0.49 – 3.15d1-. In conclusion, the addition of organic carbon gives better removal results, which are greater than those of the Control, even in the last recirculation cycle. Alongside with column experiments, microcosm experiments were performed, in order to study the reduction of hexavalent chromium under high concentrations of sulfate ions (400mg/L). It was necessary to have a suitable biocommunity, with the ability to reduce Cr(VI) to Cr(III) and thus, an anaerobic culture was prepared which was fed with a solution of hexavalent chromium, bytyric acid and sulfur ions. The purpose of microcosm expreriments, which lasted 90 days, was to examine the chemical removal, the biological one, and the combination of them. During the experiments, measurements were also made to control sulfides and sulfates (S2-, SO42-). Combined biotic and abiotic removal, with the addition of reductants was considered the most effective method of reducing hexavalent chromium to trivalent. Comparing all cases, the one that cobined the addition of EVO and FeSO47H2O solution was considered the most suitable (Case 10).	en
heal.advisorName	Μαμάης, Δανιήλ	el
heal.committeeMemberName	Μαμάης, Δανιήλ	el
heal.committeeMemberName	Ανδρεαδάκης, Ανδρέας	el
heal.committeeMemberName	Παπακωνσταντής, Ηλίας	el
heal.academicPublisher	Σχολή Πολιτικών Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	139 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false