Παρουσίαση Διπλωματικής Μεταπτυχιακού Φοιτητή - Αθηνά-Μαρία Ζιουβέλου

Η αστικοποίηση, η αύξηση του πληθυσμού και της ανάγκης παραγωγής της τροφής και των καθημερινών αγαθών, αλλά κυρίως η υπέρμετρη και αλόγιστη χρήση λιπασμάτων στις καλλιέργειες και η αυξανόμενη παραγωγή νέων χημικών ενώσεων, έχουν ως αποτέλεσμα την σημαντική μείωση των διαθέσιμων αποθεμάτων πόσιμου νερού και στην ποιοτική υποβάθμισή τους. Ένα από τα σημαντικότερα προβλήματα των επιφανειακών και υπόγειων νερών είναι η ύπαρξη νιτρικών και των υπόλοιπων ενώσεων τα αζώτου. Η παρουσία των ενώσεων αυτών στο πόσιμο νερό προκαλεί ανεπιθύμητες επιπτώσεις στα φυσικά συστήματα (όπως ευτροφισμό) και στον άνθρωπο (όπως η μεθαιμοσφαιριναιμία και διάφορες μορφές καρκίνου), καθιστώντας απαραίτητη την ανάπτυξη τεχνολογιών για την αποτελεσματική απομάκρυνσή τους.

Διάφορες μέθοδοι επεξεργασίας έχουν μελετηθεί μέχρι σήμερα, ωστόσο τα τελευταία χρόνια οι ερευνητές έχουν επικεντρωθεί στην ηλεκτροχημική επεξεργασία πόσιμου νερού και στην βιολογική απονιτροποίηση καθώς επιτυγχάνουν υψηλές αποδόσεις με μικρό σχετικά λειτουργικό κόστος και είναι φιλικά προς το περιβάλλον.

Η ηλεκτροχημική απονιτροποίηση είναι μια μέθοδος επεξεργασίας που βασίζεται στην κίνηση και τον διαχωρισμό των ιόντων στο διάλυμα, υπό την επίδραση εξωτερικού ηλεκτρικού πεδίου. Η διάταξή της αποτελείται από τα ηλεκτρόδια καθόδου και ανόδου όπου γίνεται η ανταλλαγή ανιόντων και κατιόντων. Η διεργασία λαμβάνει χώρα σε μικρή επιφάνεια ηλεκτροδίων και δε γίνεται χρήση χημικών πριν και μετά την επεξεργασία του νερού. Ανάλογα με το υλικό που επιλέγεται για τα ηλεκτρόδια της ανόδου και καθόδου η διεργασία που λαμβάνει χώρα είναι είτε η ηλεκτροκροκίδωση είτε ηλεκτροχημική οξείδωση.

Η βιολογική απονιτροποίηση είναι μια μέθοδος επεξεργασίας που πραγματοποιείται μέσω κατάλληλης καλλιέργειας μικροοργανισμών που χρησιμοποιούν τα NO₃^- ως τελικό δέκτη ηλεκτρονίων υπό ανοξικές συνθήκες. Η υδρογονοτροφική απονιτροποίηση είναι μια πολλά υποσχόμενη μέθοδος απομάκρυνσης νιτρικών. Το H₂ είναι μια άριστη επιλογή δότη ηλεκτρονίων, λόγω της καθαρής φύσης του, της ευκολίας παραγωγής του μέσω ηλεκτρόλυσης στο εργαστήριο, της χαμηλής παραγωγής βιομάζας, καθώς επίσης δεν απαιτείται η αφαίρεση του από το επεξεργασμένο νερό.

Στην παρούσα διπλωματική μελετήθηκε η ηλεκτροχημική απονιτροποίηση πόσιμου νερού σε αντιδραστήρα εργαστηριακής κλίμακας (ηλεκτρολυτικό κελί όγκου 0.150 L) με σκοπό την απομάκρυνση των νιτρικών. Πραγματοποιήθηκαν πειράματα σε διάφορες λειτουργικές συνθήκες, στοχεύοντας στη μέγιστη απόδοση απομάκρυνσης νιτρικών και την αποφυγή λειτουργικών προβλημάτων. Συγκεκριμένα μελετήθηκε η επίδραση της αρχικής συγκέντρωσης των νιτρικών (10-100NO₃^--Nmg/L), της έντασης του ρεύματος (10-40mA/cm²), της συγκέντρωσης του ηλεκτρολύτη (0-1gNaCl/L), καθώς και των υλικών κατασκευής των ηλεκτροδίων (Al, Cu, S-S, Fe, Brass, Sn, Ti/IrO₂, Ti/IrO₂-Pt, Ti/RuO₂-Pt).

Επίσης, μελετήθηκε η αυτότροφη υδρογονοτροφική απονιτροποίηση με χρήση μικτής υδρογονοτροφικής καλλιέργειας, σε εργαστηριακής κλίμακας αντιδραστήρες αιωρούμενης (1L) και προσκολλημένης (0.25L) ανάπτυξης, τόσο υπό  διαλείπουσα όσο και συνεχή λειτουργία. Μελετήθηκαν διάφοροι λειτουργικοί παράμετροι όπως η αρχική συγκέντρωση νιτρικών (10-100NO₃^--Nmg/L), η προσθήκη θρεπτικών (Na₂PO₄, KH₂PO₄), ο χρόνος παραμονής και το κατάλληλο πληρωτικό υλικό (ζεόλιθος) για τους αντιδραστήρες σταθερής κλίνης.

Επίσης, για να μειωθεί το λειτουργικό κόστος των διαδικασιών, χρησιμοποιήθηκαν ανανεώσιμες πηγές ενέργειας όπως φωτοβολταϊκό και ανεμογεννήτρια για την απαιτούμενη παροχή ρεύματος.