Απομάκρυνση χρωμίου από τα βιομηχανικά απόβλητα

Abstract

At the present study biological reduction of hexavalent chromium from industrial waste was examined with the implementation of heterogeneous biological systems and particularly with the use of pilot-scale trickling filters. Trickling filters provide the suitable substrates for the growth and retention of microorganisms for longer time intervals, thus achieving high concentrations of biomass in small volumes. For the achievement of the above objective pilot-scale trickling filters were designed and constructed at the Environmental Systems Laboratory of the Department of Environmental and Natural Resources Management of the University of Ioannina. A mixed aerobically grown heterotrophic indigenous culture was developed, originated from samples of industrial sludge taken from the Hellenic Aerospace Industry S.A.. Subsequent, experiments were conducted for biomass acclimatization at the pollutant and the optimal operation mode for the trickling filters was investigated in order to accomplish higher hexavalent chromium reduction rates (study of the effect of operating conditions and of the support material on filter performance). Moreover, the effect of different feed Cr(VI) concentrations on filter efficiency was studied for a wide range of Cr(VI) concentrations 5-100 mg/L, even though the typical Cr(VI) concentration for the wastewater effluent of the Hellenic Aerospace Industry does not exceed the value of 5 mg Cr(VI)/L. The modeling of the procedures was completed with the main aim of the development of a kinetic model, which will allow the proper design of economical and effective systems for biological hexavalent chromium reduction from industrial waste. The effect of the continuous operation mode with recirculation was also studied for biological hexavalent chromium reduction, and resulted in significant reduction rates. It worth mentioning that Cr(VI) reduction rates accomplished in the current study are the highest ever reported in pilot-scale reactors. Finally, the simultaneous biological reduction of hexavalent chromium and degradation of phenol in a pilot-scale trickling filter reactor was studied. Experimental results are evaluating as particularly encouraging since enable the simultaneous removal of two extremely dangerous pollutants that coexist in the same industrial waste.

Στην παρούσα εργασία διερευνήθηκε η βιολογική απομάκρυνση του εξασθενούς χρωμίου από τα βιομηχανικά απόβλητα με την εφαρμογή ετερογενών βιολογικών συστημάτων και συγκεκριμένα με τη χρήση χαλικοδιυλιστηρίων πιλοτικής κλίμακας. Τα χαλικοδιυλιστήρια παρέχουν τα κατάλληλα υποστρώματα για την ανάπτυξη και συγκράτηση των μικροοργανισμών για μεγάλο χρονικό διάστημα, επιτυγχάνοντας έτσι υψηλές συγκεντρώσεις βιομάζας σε μικρούς όγκους. Για την επίτευξη αυτού του στόχου σχεδιάστηκαν και κατασκευάστηκαν χαλικοδιυλιστήρια πιλοτικής κλίμακας στο Εργαστήριο Περιβαλλοντικών Συστημάτων του Τμήματος Διαχείρισης Περιβάλλοντος & Φυσικών Πόρων του Πανεπιστημίου Ιωαννίνων. Αναπτύχθηκε μικτή αερόβια καλλιέργεια ετερότροφων μικροοργανισμών σε φιάλες, που προήλθε από τη βιομηχανική ιλύ της Ελληνικής Αεροπορικής Βιομηχανίας Α.Ε.. Στη συνέχεια, πραγματοποιήθηκαν πειράματα εγκλιματισμού των μικροοργανισμών στον υπό μελέτη ρύπο και διερευνήθηκε ο βέλτιστος τρόπος λειτουργίας των χαλικοδιυλιστηρίων (μελέτη λειτουργικών και υδραυλικών παραμέτρων, μελέτη της επίδρασης του πληρωτικού υλικού) με στόχο το μέγιστο ρυθμό απομάκρυνσης του εξασθενούς χρωμίου. Επιπλέον, μελετήθηκε η επίδραση της μεταβολής της συγκέντρωσης του εξασθενούς χρωμίου στην απόδοση των αντιδραστήρων για ένα πολύ μεγάλο εύρος συγκεντρώσεων από 5-100 mg Cr(VI)/L, αν και η μέση τιμή της συγκέντρωσης του εξασθενούς χρωμίου στο απόβλητο της Ελληνικής Αεροπορικής Βιομηχανίας Α.Ε., δεν ξεπερνά τα 5 mg Cr(VI)/L. Παράλληλα έγινε η μοντελοποίηση της διεργασίας απομάκρυνσης του εξασθενούς χρωμίου, με κύριο στόχο την ανάπτυξη κινητικού μοντέλου που θα επιτρέπει το σωστό σχεδιασμό οικονομικών αλλά και αποτελεσματικών συστημάτων απομάκρυνσης του εξασθενούς χρωμίου από τα βιομηχανικά απόβλητα. Στη συνέχεια, μελετήθηκε η εφαρμογή της συνεχούς λειτουργίας με ανακυκλοφορία για τη βιολογική αναγωγή του εξασθενούς χρωμίου, καταλήγοντας σε σημαντικούς ρυθμούς απομάκρυνσης του ρύπου. Αξίζει να σημειωθεί ότι είναι η πρώτη φορά που επιτυγχάνονται τόσο υψηλοί ρυθμοί απομάκρυνσης εξασθενούς χρωμίου σε πιλοτικής κλίμακας αντιδραστήρες. Τέλος μελετήθηκε η ταυτόχρονη απομάκρυνση εξασθενούς χρωμίου και φαινόλης στον ίδιο πιλοτικής κλίμακας αντιδραστήρα. Τα αποτελέσματα της παραπάνω έρευνας κρίνονται ιδιαίτερα ενθαρρυντικά εφόσον επιτρέπουν την ταυτόχρονη απομάκρυνση δύο ιδιαιτέρως επικίνδυνων ρύπων που συναντώνται στο ίδιο βιομηχανικό απόβλητο.