Διερεύνηση της απόδοσης του στοιχειακού νανοσιδήρου στην απομάκρυνση μικροοργανικών ρύπων από το νερό σε συστήματα 
συνεχούς τροφοδοσίας

Καλλή, Μαρία; Kalli, Maria

dc.contributor.author	Καλλή, Μαρία	el
dc.contributor.author	Kalli, Maria	en
dc.date.accessioned	2021-07-16T10:57:05Z
dc.date.available	2021-07-16T10:57:05Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/53638
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.21336
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	Στοιχειακός νανοσίδηρος	el
dc.subject	Ενδοκρινικοί διαταράκτες	el
dc.subject	Φαρμακευτικές ενώσεις	el
dc.subject	Συστήματα συνεχούς τροφοδοσίας (el)	el
dc.subject	Aναδυόμενοι οργανικοί μικρορύποι	el
dc.subject	Nano Zero Valent Iron – nZVI	en
dc.subject	Emerging contaminants	en
dc.subject	Endocrine disruptors compounds, EDCs	en
dc.subject	Pharmaceuticals Compounds, PhACs	en
dc.subject	Continuous flow systems	en
dc.subject	Water treatment	en
dc.subject	Wastewater treatment	en
dc.title	Διερεύνηση της απόδοσης του στοιχειακού νανοσιδήρου στην απομάκρυνση μικροοργανικών ρύπων από το νερό σε συστήματα συνεχούς τροφοδοσίας	el
heal.type	masterThesis
heal.classification	Επεξεργασία νερού	el
heal.classification	Επεξεργασία λυμάτων	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2021-06-28
heal.abstract	Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής διεργασίας είναι η διερεύνηση της χρήσης στοιχειακού νανοσίδηρου για την απομάκρυνση επιλεγμένων ενώσεων-στόχων, οι οποίες ανήκουν στους αναδυόμενους μικροοργανικούς ρύπους (Emerging Contaminants, ECs) από το νερό. Οι ECs είναι ουσίες που έχουν προκαλέσει μεγάλο ενδιαφέρον στην επιστημονική κοινότητα λόγω των σοβαρών τους επιπτώσεων στο περιβάλλον αλλά και στη ανθρώπινη υγεία λόγω της τοξικότητας, ανθεκτικότητας και της τάσης τους για βιοσσυσσώρευση. Στους ECs ανήκουν τα φαρμακευτικά προϊόντα (Pharmaceuticals Compounds, PhACs) και οι ενδοκρινικοί διαταράκτες (Endocrine Disruptors Compounds, EDCs). Αυτές οι ενώσεις απελευθερώνονται συνεχώς στο περιβάλλον με ελαφρώς αυξανόμενο ρυθμό (προκαλώντας, τη λεγόμενη «ψευδο ανθεκτικότητα»). Η εκροή των λυμάτων από τις εγκαταστάσεις επεξεργασίας λυμάτων (ΕΕΛ) είναι μία από τις κύριες πηγές των ECs στο περιβάλλον που συνήθως απελευθερώνονται σε επιφανειακά ύδατα και στη συνέχεια καταλήγουν σε ιζήματα, στο έδαφος, στα υπόγεια ύδατα αλλά και στη θάλασσα. Οι ρύποι αυτοί ανιχνεύονται στο περιβάλλον σε μικρές συγκεντρώσεις της τάξης των ng/L έως μg/L. Ο λόγος για την παρουσία των ECs εκροή των λυμάτων είναι ότι οι περισσότερες ΕΕΛ έχουν σχεδιαστεί για μείωση του οργανικού φορτίου, των παθογόνων, του αζώτου και του φωσφόρου και επομένως δεν είναι σε θέση να επεξεργάζονται τέτοιες ουσίες που βρίσκονται σε πολύ χαμηλή συγκέντρωση. Τα τελευταία χρόνια έχουν αναπτυχθεί διάφοροι μέθοδοι επεξεργασίας αυτών των ρύπων, και ανάμεσα τους είναι και η χρήση στοιχειακού σιδήρου σε νανοκλίμακα (nano Zero Valent Iron – nZVI). Ο nZVI έχει εφαρμοστεί επιτυχώς για την απομάκρυνση ανόργανων και οργανικών ρύπων από το υπόγειο νερό και το έδαφος. Σε σύγκριση με το στοιχειακό σίδηρο σε μικροκλίμακα, ο nZVI λόγω του μικρού του μεγέθους εμφανίζει υψηλή ειδική επιφάνεια και μεγάλη αντιδραστικότητα και επομένως χρειάζονται μικρότεροι χρόνοι επεξεργασίας. Επίσης, λόγω της μεγάλης του αναγωγικής ικανότητας, της προσροφητικής ικανότητας και της καταλυτικής του δράσης, μπορεί να δράσει μέσω διάφορων μηχανισμών για την απομάκρυνση ενός μεγάλου εύρους ρύπων. Επιπλέον, μεγάλο ενδιαφέρον στη επιστημονική κοινότητα, έχει προκαλέσει η ‘πράσινη’ σύνθεση του nZVI, με τη χρήση φυτικών εκχυλισμάτων, όπου αποτελεί μια φιλική και βιώσιμη προς το περιβάλλον, τεχνολογία. Όμως, ο nZVI παρουσιάζει κάποια βασικά προβλήματα λόγω της τάσης του για συσσωμάτωση, της παθητικοποίησης εν παρουσία διαλυμένου οξυγόνου και νερού αλλά και της δυσκολίας διαχωρισμού του από το μέσο που επεξεργάζεται. Για να αντιμετωπιστούν αυτά τα προβλήματα έχουν αναπτυχθεί διάφορες τροποποιήσεις της δομής και σύνθεσης του nZVI. Στην παρούσα διπλωματική χρησιμοποιήθηκε στοιχειακός νανοσίδηρος, ο οποίος έχει παραχθεί με την μέθοδο που αναπτύχθηκε στο Εργαστήριο Μεταλλειολόγων του ΕΜΠ (Toli, Varouxaki, Mystrioti, Xenidis, & Papassiopi, 2018). Συγκεκριμένα, ο στοιχειακός νανοσίδηρος ενσωματώνεται σε μήτρα κατιονικής ρητίνης, που χρησιμεύει ως υποστηρικτό μέσο. Με τη χρήση πολυφαινόλων από εκχύλισμα πράσινου τσαγιού, ο τρισθενής σίδηρος ανάγεται σε στοιχειακό. Κατά το πρώτο πειραματικό στάδιο πραγματοποιήθηκαν δοκιμές παρτίδας σε υπερκάθαρο νερό με τη χρήση στοιχειακού νανοσιδήρου για την απομάκρυνση 3 ενδοκρινικών διαταρακτών (εννεϋλοφαινόλη, δισφαινόλη-Α, τρικλοζάνη) και τεσσάρων μη στεροειδών αντιφλεγμονωδών φαρμάκων (ιβουπροφαίνη, δικλοφενάκη, ναπροξένη και κετοπροφένη), σε συγκέντρωση το καθ’ ένα ίση με 1μg/L. Διερευνήθηκε η επίδραση της δόσης R-nFe για την απομάκρυνση των ενώσεων-στόχων. Τα πειράματα διεξάχθηκαν σε pH=3 για τις δόσεις R-nFe 1,5,10 g/L και για pH=7 για τη δόση R-nFe 30 g/L. Επίσης, διερευνήθηκε η επίδραση της υποστηρικτικής ρητίνης R χωρίς εφαρμογή της σύνθεσης του nZVI χρησιμοποιώντας εκχυλίσματα πράσινου τσαγιού και πραγματοποιήθηκε σύγκριση αυτών των αποτελεσμάτων με τα αποτελέσματα του R-nFe για τις ίδιες δόσεις ρητίνης. Κατά το δεύτερο στάδιο της πειραματικής διαδικασίας πραγματοποιήθηκαν δύο πειραματικοί κύκλοι σε ένα πιλοτικό σύστημα συνεχούς ροής. Το υλικό nZVI κατανέμεται σε τέσσερεις ίδιες στήλες που λειτουργούν υπό συνεχή καθοδική ροή υπό πίεση με τη βοήθεια μιας περισταλτικής αντλίας. Το στρώμα του υλικού σε όλες τις στήλες ήτανε ίδιο και ίσο με 10 cm. Οι τέσσερις στήλες προσομοιώνουν μια στήλη πάχους 40 cm. Το σύστημα αυτό, επεξεργάζεται κάθε μέρα 26 L νερού βρύσης με τις ενώσεις στόχους. Η απόδοση της μεθόδου με nZVI αξιολογήθηκε για τέσσερις διαφορετικούς χρόνους επαφής. Επιπλέον, o πρώτος πειραματικός κύκλος πραγματοποιήθηκε με συγκέντρωση όλων των ενώσεων στόχων ίση με 1 μg/L, ενώ ο δεύτερος με συγκέντρωση ίση με 5 μg/L. Από τα πειράματα batch, η απομάκρυνση των μη στεροειδή αντιφλεγμονωδών φαρμάκων, ιβουπροφαίνη, ναπροξένη και κετοπροφένη, φαίνεται να μην ευνοείται για μεγάλη δόση R-nFe 30 g/L και R-Na 30 g/L για pH ίσο με 7. Ενώ, για τη δικλοφενάκη, η προσθήκη του nZVI δεν βελτιώνει την απομάκρυνση της από το υδατικό διάλυμα, ανεξαρτήτως του pH. Η R-nFe 30 g/L απομάκρυνε την δισφαινόλη Α κατά 66% από το υπερκάθαρο νερό, ενώ η R-Na 30 g/L κατά 77% σε pH ίσο με 7. Για τη δόση R-Na 10 g/L, pH=3 η απομάκρυνση της δισφαινόλης Α είναι ίση με 47%, ενώ για R-nFe 10 g/L είναι ίση με 27%. Συνεπώς, η προσθήκη του nZVI δεν ενισχύει την απομάκρυνση της δισφαινόλης Α από το υδατικό διάλυμα και η προσρόφηση στη ρητίνη ενδεχομένως διαδραματίζει σημαντικό ρόλο. Η τρικλοζάνη απομακρύνθηκε σε μεγάλο βαθμό (≥89%) τόσο για τη δόση της ρητίνης ίση με 10 g/L και 30 g/L σε pH ίσο με 3 και 7, αντίστοιχα, εν παρουσία και απουσία nZVI. Επιπλέον, για R-nFe 10 g/L και pH 3, η παρουσία του nZVI ενίσχυσε την απομάκρυνση της ιβουπροφαίνης και της ναπροξένης από το υδατικό διάλυμα, αλλά δεν ενίσχυσε την απομάκρυνση της κετοπροφένης. Για τα πειράματα συνεχούς ροής, παρατηρήθηκε ότι η αύξηση της αρχικής συγκέντρωσης των μικροοργανικών ρύπων από 1 μg/L σε 5 μg/L,οδήγησε σε μειωμένη απόδοση απομάκρυνσης, το υλικό R-nFe έχασε νωρίτερα και σε μικρότερο κανονικοποιημένο όγκο πόρων την ικανότητα να απομακρύνει τις ενώσεις αυτές. Όμως, με την αύξηση της αρχικής συγκέντρωσης της BPA από 1 σε 5 mg/L, η αποτελεσματικότητα απομάκρυνσης της BPA αυξήθηκε. Επίσης, με την αύξηση του χρόνου επαφής, οι στήλες καθυστερούν να φτάσουν σε πλήρη κορεσμό. Επιπλέον, η ικανότητα απομάκρυνση της τρικλοζάνης ήταν μεγαλύτερη σε σύγκριση με τις άλλες ενώσεις στόχους κατά τους δυο πειραματικούς κύκλους.	el
heal.advisorName	Νουτσόπουλος, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Νουτσόπουλος, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Δανιήλ, Μαμάης	el
heal.committeeMemberName	Παπακωνσταντής, Ηλίας	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Πολιτικών Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	331 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false