Επίδραση της τριτοβάθμιας επεξεργασίας στην τοξικότητα υγρών αποβλήτων αστικής προέλευσης

Abstract

Water resources are going to deteriorate during the forthcoming years, because of increased water demand; in addition long-term pollution is expected to affect an ever-increasing number of water bodies. Consequently, planning, management and optimization of water resources represent an essential element of environmental protection. Wastewater reclamation and reuse may play an important role on the development of strategies for the utilization of water resources, generating supplementary water sources. However, wastewater reuse depends greatly on issues related to public health and environmental protection, social acceptance and legislation. So far, national or regional legislative guidelines determine the framework of wastewater reuse; the application of reclaimed wastewater depends on the effluent quality, according to physical-chemical and microbiological characteristics. However, the use of physical-chemical control parameters provides only partial information of effluent quality, since they cannot be directly related to the environmental impact of effluents. The latter can be deduced from additional assessment of water and wastewater quality by the application of specific bioassays, i.e. tests using living microorganisms or aquatic organisms as indicators. Such bioassays are proposed by Directive 2000/60/EC. The objective of this work was the investigation of the effect of coagulation and ozonation on the toxicity of secondary municipal effluents. Secondary effluents from the wastewater treatment plant of Thessaloniki were submitted to coagulation or ozonation and the acute toxicity of the original and treated effluents was evaluated using the organisms V. fischeri, D, magna, D. pulex, T. platyurus and B. calyciflorus. Chronic toxic effects were evaluated by exposing bacteria V. fischeri to pre-concentrated wastewater samples. Mutagenicity was assessed by using the strains TA100 and TA98 of bacteria S. typhimurium. Along with the above, several physical-chemical parameters were also determined. Examination of the effect of coagulation on secondary effluents included the type of coagulant (aluminum sulfate, ferric chloride and pre-polymerized product poly-aluminum chloride, PAC-18), the dose (0.5 and 1.0 mmol Me3+/L) and the addition of a flocculant agent (Magnafloc LT-25). On the other hand, the examination of ozonation on the quality of secondary effluents included the effect of ozone dose (2.5, 5.0, 6.5, 7.3, 8.0 mg O3/L) and reaction time (2, 5, 15, 30 min). Secondary effluents were quite toxic to D. pulex with the immobilization of daphnids reaching 90%. On the contrary, negligible acute toxic effects were observed for B. calyciflorus, D. magna and T. platyurus. Furthermore, pre-concentrated samples of secondary effluent caused significant toxic effects on V. fischeri, possibly due to the transformation of certain heavy metals species to more bioavailable ones, during the concentration procedure. The mutagenic activity of secondary effluent on strain TA98 was also significant and was attributed to the organic content of samples. Coagulation changed the toxic and physico-chemical properties of secondary effluents. In particular, coagulation with 0.5 mM Al3+ (PAC-18) decreased the toxicity on D. pulex roughly 40%. To the rest of the bio-indicators no acute toxic effect was observed similarly to the secondary effluents. Coagulation with 1 mM Al3+ (PAC-18) decreased significantly the chronic toxicity of pre-concentrated samples. This was ascribed to the observed decline of zinc and organic matter concentration. Mutagenicity increased by coagulation with ferric chloride but decreased with alum and PAC-18. The effect of ferric chloride was probably due to release of organic pollutants that were initially adsorbed on the organic matter of effluents or to the formation of free radicals as a result of the oxidizing action of ferric chloride. In the study of ozonation, the toxicity test on V. fischeri proved a sensitive indicator for the appraisal of toxicity of the reclaimed waste. Acute toxicity depended chiefly on ozone dosage, most likely due to intermediate side-products, as well as on the very low residual ozone concentration. Toxicity of pre-concentrated samples was influenced by both ozone concentration and reaction time. ...............................................................................................................................

Η ανάκτηση και επαναχρησιμοποίηση του νερού φαντάζει ως πρόκληση σε ορισμένες περιοχές, ωστόσο υπάρχουν και περιπτώσεις, όπου λόγω ελλειμματικών ισοζυγίων νερού, η επαναχρησιμοποίηση αποτελεί αναγκαία στρατηγική για τη διαχείριση των υδάτων. Οι ανάγκες και οι ιδιαιτερότητες κάθε περιοχής ορίζουν την επιθυμητή τελική χρήση του νερού, η οποία με τη σειρά της καθορίζει τις προδιαγραφές ποιότητας του ανακτημένου νερού. Η υπάρχουσα τεχνογνωσία επιτρέπει την παραγωγή νερού υψηλής ποιότητας, με το ανάλογο πάντα κόστος. Η ανάκτηση και επαναχρησιμοποίηση του νερού συνδέεται κυρίως με θέματα δημόσιας υγείας, περιβάλλοντος, κοινωνικής αποδοχής και διαμόρφωσης σχετικού νομικού πλαισίου. Όσον αφορά στα θέματα δημόσιας υγείας και προστασίας του περιβάλλοντος, ορισμένες χώρες έχουν προβεί στη θέσπιση κανονισμών για την επαναχρησιμοποίηση του νερού, άλλοτε σε εθνικό και άλλοτε σε τοπικό επίπεδο. Οι κανονισμοί αυτοί προσδιορίζουν την ποιότητα του ανάλογα με την προοριζόμενη τελική χρήση και θέτουν τα αντίστοιχα ανώτατα όρια τιμών σε μικροβιολογικές και φυσικοχημικές παραμέτρους. Τα τελευταία χρόνια, πολλές χώρες καθώς και η Ευρωπαϊκή Ένωση με την Οδηγία 60/2000/ΕΚ ενσωματώνουν στους κανονισμούς και οικοτοξικολογικές παραμέτρους. Στην παρούσα εργασία, μελετήθηκε η επίδραση δύο ευρύτατα χρησιμοποιούμενων μεθόδων ανάκτησης νερού, της κροκίδωσης και του οζονισμού, στην τοξικότητα δευτεροβάθμιας εκροής από την εγκατάσταση επεξεργασίας αστικών αποβλήτων της Θεσσαλονίκης. Κατά την κροκίδωση διερευνήθηκε η επίδραση του τύπου του κροκιδωτικού (θειικό αργίλιο, τρχλωριούχος σίδηρος και πολυμερές του χλωριούχου αργιλίου), της συγκέντρωσής του (0.5 και 1.0 mmol μετάλλου/L), καθώς και η παρουσία θρομβωτικού παράγοντα στα οικοτοξικολογικά και φυσικοχημικά χαρακτηριστικά του αποβλήτου. Κατά τον οζονισμό μελετήθηκε η επίδραση της συγκέντρωσης του όζοντος (2.5, 5.0, 6.5, 7.3 και 8.0 mg όζοντος/L) και του συνολικού χρόνου επεξεργασίας (2, 5, 15, 30 min) στα οικοτοξικολογικά και φυσικοχημικά χαρακτηριστικά του αποβλήτου. Η τοξικότητα μελετήθηκε χρησιμοποιώντας τους εξής οργανισμούς - δείκτες: τα βακτήρια Vibrio fischeri, τα βραγχιόποδα καρκινοειδή Daphnia magna, Daphnia pulex, Thamnocephalus platyurus και το τροχόζωο καρκινοειδές Brachionus calyciflorus. Επιπλέον, μελετήθηκε η τοξικότητα δειγμάτων που είχαν υποστεί προ-συγκέντρωση στα βακτήρια Vibrio fischeri, ως ένδειξη της χρόνιας τοξικότητας των δειγμάτων, και τέλος, εκτιμήθηκε η μεταλλαξιγένεση στα στελέχη ΤΑ100 και ΤΑ98 του βακτηρίου Salmonella typhimurium. Το δείγμα της δευτεροβάθμιας εκροής, που χρησιμοποιήθηκε για τη μελέτη της κροκίδωσης, προκάλεσε 90% τοξικότητα στον οργανισμό D. pulex, ενώ στους υπόλοιπους οργανισμούς δεν καταγράφηκε τοξική επίδραση. Επιπλέον, το προ-συγκεντρωμένο δείγμα της δευτεροβάθμιας εκροής προκάλεσε σημαντική αναστολή της εκπεμπόμενης βιοφωταύγειας των βακτηρίων V. fischeri. Η αναστολή αυτή οφειλόταν πιθανότατα στη μεταβολή των χαρακτηριστικών του δείγματος, εξαιτίας της προ-συγκέντρωσης. Επιπλέον, βρέθηκε υψηλή μεταλλαξιγόνος δράση του αποβλήτου στο στέλεχος ΤΑ98, πιθανότατα λόγω του περιεχόμενου οργανικού φορτίου. Η κροκίδωση προκάλεσε μεταβολή στην τοξικότητα του αποβλήτου, καθώς και στα φυσικοχημικά χαρακτηριστικά του. Πιο συγκεκριμένα, η τοξικότητα στον οργανισμό D. pulex, μειώθηκε μέχρι και 40% περίπου, έπειτα από κροκίδωση με 0.5 mmol αργιλίου/L (κροκιδωτικό: πολυμερές του αργιλίου). Στους υπόλοιπους οργανισμούς - δείκτες άμεσης τοξικότητας δεν καταγράφηκε τοξική δράση, όπως είχε παρατηρηθεί και για τη δευτεροβάθμια εκροή. Η τοξικότητα των προ-συγκεντρωμένων δειγμάτων στα βακτήρια V. fischeri, μειώθηκε σημαντικά, ιδιαίτερα έπειτα από κροκίδωση με 1.0 mmol αργιλίου/L (κροκιδωτικό: πολυμερές του αργιλίου). Η μείωση αυτή αποδόθηκε κυρίως στην παρατηρούμενη μείωση της συγκέντρωσης του ψευδαργύρου στο ανακτημένο απόβλητο αλλά και στη μείωση του οργανικού φορτίου. Η μεταλλαξιγόνος δράση του αποβλήτου αυξήθηκε έπειτα από κροκίδωση με τριχλωριούχο σίδηρο, μάλιστα η αύξηση ήταν μεγαλύτερη παρουσία του θρομβωτικού παράγοντα. Αντίθετα, η κροκίδωση με τα κροκιδωτικά θειικό αργίλιο και πολυμερές του χλωριούχου αργιλίου περιόρισε τη μεταλλαξιγένεση στα ανακτημένα απόβλητα. ............................................................................................................................