Φυσικοχημική επεξεργασία αγροτοβιομηχανικών αποβλήτων

Abstract

Overpopulation and overconsumption of products have led to wastewater increase. Wastewaters may be discharged to the aquatic ecosystems without treatment. Untreated wastewaters could cause problems in human health and eutrophication as well.In the present study three different kinds of wastewater were treated (printing ink wastewater, table olive wastewater and cheese whey wastewater) with various physicochemical methods. The study was mainly focused on printing ink wastewater treatment due to it has not been sufficiently studied until now, even though it presents highly industrial interest. Conventional biological methods will not be studied due to the physicochemical characteristics of the wastewaters. Electrocoagulation, coagulation/flocculation, hydrodynamic cavitation and the combination of the above methods will be studied for wastewater treatment. Initially, hydrodynamic cavitation was used to decolorize industrial-grade ink solutions and the diluted printing ink wastewater to find the operational conditions of the reactor. However, a combination with a post-treatment method was applied to maximize pollutants removal. Hence, the hydrodynamic cavitation followed by sedimentation was used, taking advantage of the intense conditions inside the hydrodynamic cavitation reactor and the colloidal suspension nature of inks.The undiluted printing ink wastewater is difficult to be treated due to its high pollutants’ concentrations. In the present study, the undiluted printing ink wastewater, was treated initially with continuous flow electrocoagulation reactor, using aluminum electrodes. It was observed that the efficiency of the process was increased, reducing inlet flow rate and increasing current density. Another method used for printing ink wastewater treatment was the combined hydrodynamic cavitation and pH fixation method. It was deduced that the process maximized removals, while the process costs were reduced using hydrodynamic cavitation as pretreatment method. Moreover, printing ink wastewater was treated with hydrodynamic cavitation and coagulation/flocculation. Coagulant and flocculant addition led to high pollutants removal, while hydrodynamic cavitation led to the reduction of the coagulant concentration. Finally, a comparison of the above methods, in terms of pollutants removal, treatment costs, toxicity and sludge production, was made and hydrodynamic cavitation and pH fixation, was proposed as an appropriate method for highly intensively colored wastewaters.Moreover, the agriculture wastewaters were also treated with the above methods. Pilot scale electrocoagulation was proved to be an alternative, cost-efficient, method for the treatment of biologically pre-treated table olive processing wastewater. In parallel, for the cheese whey treatment, the combination of hydrodynamic cavitation and coagulation/flocculation as a first treatment step and then the use of filter press as a past treatment step led to a non-colored transparent liquid with reduced pollutants’ concentrations. The aim of the study was to propose an efficient, easy applicable, cost affordable as well as environmentally friendly method for the treatment of each wastewater.

Ο υπερπληθυσμός παράλληλα με τον έντονα καταναλωτικό τρόπο ζωής, έχει οδηγήσει σε δραματική αύξηση των εκλυόμενων υγρών αποβλήτων, τα οποία είναι πιθανό να καταλήξουν στο περιβάλλον χωρίς επεξεργασία. Τα μη επεξεργασμένα υγρά απόβλητα όταν διατεθούν στους υδάτινους αποδέκτες είναι πιθανόν να προκαλέσουν ένα άσχημο αισθητικό αποτέλεσμα. Επιπλέον, είναι δυνατόν να προκαλέσουν κίνδυνο για την ανθρώπινη υγεία και να οδηγήσουν στο φαινόμενο του ευτροφισμού. Στην παρούσα Διατριβή, επεξεργάσθηκαν τρία πραγματικά βιομηχανικά υγρά απόβλητα (απόβλητο μελανιού χαρτονιοβιομηχανίας, απόβλητο επιτραπέζιας ελιάς και απόβλητο τυρογάλακτος), τα οποία προμηθεύτηκαν από Ελληνικές βιομηχανίες. Η μελέτη εστιάσθηκε κυρίως στην επεξεργασία του αποβλήτου μελανιού διότι το συγκεκριμένο απόβλητο παρουσιάζει μεγάλο βιομηχανικό ενδιαφέρον, ενώ παράλληλα δεν έχει μελετηθεί σε βάθος από άλλες ερευνητικές ομάδες. Οι κλασσικές βιολογικές μέθοδοι επεξεργασίας αν και είναι οικονομικές και οικολογικές δεν θα αποτελέσουν κύριο αντικείμενο μελέτης της παρούσας εργασίας, λόγω των φυσικοχημικών χαρακτηριστικών των υπό μελέτη αποβλήτων. Θα μελετηθούν τρείς φυσικοχημικές μέθοδοι: η ηλεκτροκροκίδωση, η κροκίδωση/συσσωμάτωση, η υδροδυναμική σπηλαίωση και ο συνδυασμός τους, για την επεξεργασία των υγρών αποβλήτων. Τα αρχικά πειράματα αφορούσαν τον αποχρωματισμό βιομηχανικών μελανιών και του αραιωμένου αποβλήτου μελανιού με τη χρήση της υδροδυναμικής σπηλαίωσης, με σκοπό την εύρεση των βέλτιστων συνθηκών λειτουργίας του αντιδραστήρα. Ωστόσο, παρατηρήθηκε ότι έπρεπε να εφαρμοστεί ο συνδυασμός με μία μέθοδο μετεπεξεργασίας για τη μεγιστοποίηση των απομακρύνσεων των ρύπων. Ως εκ τούτου, εφαρμόστηκε το σύστημα υδροδυναμικής σπηλαίωσης και καθίζησης εκμεταλλεύοντας τις συνθήκες τις οποίες επικρατούν στον αντιδραστήρα υδροδυναμικής σπηλαίωσης και τη φύση των μελανιών ως κολλοειδή αιωρήματα.Είναι γεγονός πως το μη αραιωμένο απόβλητο μελανιού, είναι δύσκολο στην επεξεργασία λόγω των υψηλών συγκεντρώσεων σε ρύπους. Στην παρούσα Διατριβή, αρχικά το μη αραιωμένο απόβλητο μελανιού, υποβλήθηκε σε επεξεργασία με χρήση αντιδραστήρα ηλεκτροκροκίδωσης συνεχούς λειτουργίας χρησιμοποιώντας ηλεκτρόδια αλουμινίου. Παρατηρήθηκε αύξηση της αποτελεσματικότητας της διεργασίας τόσο με τη μείωση της παροχής του αποβλήτου όσο και με την αύξηση της εξεταζόμενης πυκνότητας ρεύματος. Η επόμενη μέθοδος επεξεργασίας του αποβλήτου μελανιού αφορούσε την επεξεργασία του, με το συνδυασμό υδροδυναμικής σπηλαίωσης και ρύθμισης pH. Παρατηρήθηκαν υψηλές απομακρύνσεις ρύπων και μείωση της ποσότητας του οξέος με τη χρήση του αντιδραστήρα υδροδυναμικής σπηλαίωσης σαν προεπεξεργασία. Επιπλέον, το συγκεκριμένο απόβλητο, υποβλήθηκε σε επεξεργασία με τη μέθοδο της υδροδυναμικής σπηλαίωσης και κροκίδωσης/συσσωμάτωσης. Η προσθήκη κροκιδωτικού και ανιονικού πολυακριλαμιδίου ως μέσο συσσωμάτωσης οδήγησε σε υψηλές απομακρύνσεις ρύπων, ενώ η προσθήκη της υδροδυναμικής σπηλαίωσης σαν προεπεξεργασία, οδήγησε σε μείωση του απαιτούμενου κροκιδωτικού. Τέλος, οι χρησιμοποιούμενες μέθοδοι συγκρίθηκαν ως προς την αποτελεσματικότητα τους στην απομάκρυνση των ρύπων, ως προς το κόστος, την τοξικότητα και την παραγόμενη λάσπη. Η μέθοδος της συνδυαστικής χρήσης της υδροδυναμικής σπηλαίωση και ρύθμισης pH, θα μπορούσε να αποτελέσει μία εξαίρετη επιλογή για την επεξεργασία έντονα χρωματισμένων αποβλήτων με υψηλή συγκέντρωση κολλοειδών αιωρημάτων.Επίσης, με τις ανωτέρω μεθόδους εξετάσθηκαν και δύο απόβλητα αγροτικής προέλευσης. Παρατηρήθηκε πως η ηλεκτροκροκίδωση πιλοτικής κλίμακας μπορεί να αποτελέσει μία εναλλακτική, μη κοστοβόρα μέθοδο για την επεξεργασία αποβλήτου επιτραπέζιας ελιάς το οποίο είχε ήδη προεπεξεργαστεί με βιολογική διεργασία. Παράλληλα, για την επεξεργασία του αποβλήτου τυρογάλακτος αποδείχθηκε ότι ο συνδυασμός υδροδυναμικής σπηλαίωσης και κροκίδωσης/συσσωμάτωσης σαν πρώτο βήμα επεξεργασίας και η χρήση φιλτρόπρεσας σαν επόμενο στάδιο επεξεργασίας, οδήγησαν σε ένα άχρωμο διαυγές υγρό με μειωμένες συγκεντρώσεις ρύπων. Στόχος της παρούσας εργασίας μέσα από τη μελέτη διαφόρων μεθόδων, είναι η πρόταση μίας μεθόδου επεξεργασίας του εκάστοτε πραγματικού αποβλήτου, η οποία να συνδυάζει αποτελεσματικότητα ως προς τα ποσοστά απομάκρυνσης ρύπων, ευκολία εφαρμογής, οικονομική βιωσιμότητα και μείωση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων του επεξεργασμένου υγρού. Προκειμένου, να είναι δυνατή η εφαρμογή της εκάστοτε μεθόδου σε πραγματικές συνθήκες στην βιομηχανία.