Μελέτη των μηχανισμών βιολογικής απομάκρυνσης ρύπων από το πόσιμο νερό με τη χρήση πορώδων μέσων

Abstract

The excessive consumption of potable water and the extensive pollution of water reservoirs have confined to the minimum the available water stock of “good” quality. Thus, there is an imperative need for the use of water deposits of downgraded quality. Among the most common pollutants of the Greek domain rank ammonia, iron and manganese. These pollutants are observed either isolated or in couples, or all three together. Ammonia causes eutrophication problems, while during the disinfection of potable water with chlorine; there are produced chloramines which are cancerous substances. While the presence of iron and manganese may not pose a serious risk for public health, their removal is deemed necessary due to the fact that they attribute to water a metallic taste and a reddish or brown-black color respectively. The biological methods of their removal, in contrast to physiochemical methods, ensure, as a rule, significant performance, low cost and are friendly towards the environment. The biological filters (trickling filters) provide the necessary substrates for the growth and retention of microorganisms for a long period of time, thus achieving high concentrations of biomass in small volumes. In the present work in order to study the biological removal of the three pollutants, pilot scale trickling filters were constructed. A series of experiments were performed, in order to study the effect of operating conditions and of the support material on filter performance, for individual, as well as combined, removal of ammonia, iron, and manganese. There was a parallel modeling of the procedures with a main aim the development of kinetic models which will allow the correct design of financial and effective methods of removal for ammonia, iron, and manganese from potable water.

Η υπέρμετρη κατανάλωση πόσιμου νερού και η παρατεταμένη ρύπανση των ταμιευτήρων νερού έχει περιορίσει στο ελάχιστο τα διαθέσιμα υδατικά αποθέματα “καλής” ποιότητας. Είναι συνεπώς επιτακτική η ανάγκη για χρησιμοποίηση υδατικών αποθεμάτων υποβαθμισμένης ποιότητας. Στους πιο συνηθισμένους ρύπους της Ελληνικής επικράτειας συγκαταλέγονται η αμμωνία, ο σίδηρος και το μαγγάνιο. Οι ρύποι αυτοί απαντώνται είτε μεμονωμένοι, είτε ανά ζεύγη, είτε συνολικά και οι τρεις. Η αμμωνία προκαλεί προβλήματα ευτροφισμού ενώ κατά τη χλωρίωση του πόσιμου νερού παράγονται χλωραμίνες που είναι καρκινογόνες. Η παρουσία σιδήρου και μαγγανίου μπορεί να μην εγκυμονεί σοβαρούς κινδύνους για τη δημόσια υγεία, η απομάκρυνσή τους όμως καθίσταται απαραίτητη καθώς προσδίδουν στο νερό μεταλλική γεύση και χρώμα κοκκινωπό και καφέ-μαύρο αντίστοιχα. Οι βιολογικές μέθοδοι απομάκρυνσης, σε αντίθεση με τις φυσικοχημικές, εξασφαλίζουν κατά κανόνα, σημαντικές αποδόσεις, χαμηλό κόστος και είναι φιλικές προς το περιβάλλον. Τα βιολογικά φίλτρα (χαλικοδιυλιστήρια) παρέχουν τα κατάλληλα υποστρώματα για την ανάπτυξη και συγκράτηση των μικροοργανισμών για μεγάλο χρονικό διάστημα, επιτυγχάνοντας έτσι υψηλές συγκεντρώσεις βιομάζας σε μικρούς όγκους. Στην παρούσα εργασία προκειμένου να μελετηθεί η βιολογική απομάκρυνση των τριών ρύπων, κατασκευάστηκαν χαλικοδιυλιστήρια πιλοτικής κλίμακας. Πραγματοποιήθηκαν σειρές πειραμάτων για να μελετηθεί η επίδραση των λειτουργικών παραμέτρων και του πληρωτικού υλικού στην απόδοση των χαλικοδιυλιστηρίων, τόσο για μεμονωμένη όσο και για συνδυασμένη απομάκρυνση αμμωνίας, σιδήρου και μαγγανίου. Παράλληλα έγινε μοντελοποίηση των διεργασιών, με κύριο στόχο την ανάπτυξη κινητικών μοντέλων που θα επιτρέπουν το σωστό σχεδιασμό οικονομικών αλλά και αποτελεσματικών συστημάτων απομάκρυνσης αμμωνίας, σιδήρου και μαγγανίου από το πόσιμο νερό.