Σκοπός της παρούσας μελέτης ήταν η διερεύνηση της δυνατότητας απολύμανσης δευτεροβάθμιου αστικού υγρού αποβλήτου με ηλιακή ετερογενή φωτοκατάλυση και τεχνητό υδροβιότοπο.
Η φωτοκατάλυση πραγματοποιήθηκε με την χρήση διμερώς ενισχυμένου TiO2 με τους συνδυασμούς μετάλλων Al/Fe, In/Fe, Al/Mn και Mn/Co και με BiVO4 ενισχυμένο με CuOx, με διάφορες συγκεντρώσεις των μετάλλων ενισχυτών. Οι βακτηριακοί δείκτες που ελέγχθηκαν ήταν το κατά Gram αρνητικό Escherichia coli και το κατά Gram θετικό Enterococcus sp. Τα πειράματα έγιναν σε εργαστηριακή κλίμακα με την χρήση προσομοιωτή ηλιακού φωτός αλλά και σε πιλοτική κλίμακα, σε αντιδραστήρα CPC με συνολικό όγκο λύματος 10 L, υπό την ηλιακή ακτινοβολία. Στις εργαστηριακές δοκιμές, υπήρχε αδρανοποίηση >99,99% και για τους δύο δείκτες, μετά από 60 min, με όλους τους καταλύτες. Το ποσοστό επανενεργοποίησης μετά από επώαση 24 h στο σκοτάδι μειώνεται σημαντικά από την παρουσία CuOx στον καταλύτη. Στα πιλοτικά πειράματα, η αδρανοποίηση ήταν 93-99,98% μετά από 150min έκθεσης. Η απόδοση εξαρτάται σημαντικά από την ένταση της ακτινοβολίας και την εποχικότητα. Ελέγχθηκε η επίδραση της ροής του λύματος στην απόδοση της μικροβιακής αδρανοποίησης χωρίς ξεκάθαρα αποτελέσματα.
Στον πιλοτικό τεχνητό υδροβιότοπο, η απολυμαντική ικανότητα εκτιμήθηκε με την λήψη δειγμάτων από την εισροή και την εκροή κατά την διάρκεια ενός έτους και την μέτρηση της συγκέντρωσης E. coli, Enterococcus sp. και MS2 κολιφάγων. Η μείωση ήταν >99% για τους βακτηριακούς δείκτες και 100% για τους κολιφάγους, χωρίς σημαντική εποχιακή διακύμανση.
Η συγκέντρωση των E. coli, Enterococcus sp. και MS2 κολιφάγων ερευνήθηκε και σε διάφορα στάδια του συμβατικού βιολογικού καθαρισμού της πόλης Χανίων. Στην εκροή της εσχάρωσης η μέση συγκέντρωση των βακτηριακών δεικτών είναι 105-106 CFU/100mL και των ιικών 105 PFU/100mL. Όταν το λύμα εκρέει από την δεξαμενή δευτεροβάθμιας δεξαμενής καθίζησης, οι μικροβιακοί δείκτες έχουν υποστεί μείωση 2-3 Log στην συγκέντρωση τους. Στην δεξαμενή χλωρίωσης, δεν ανιχνεύθηκαν MS2 κολιφάγοι και η συγκέντρωση των E. coli και Enterococcus sp. ήταν περίπου 50 CFU/100mL.
Το γενικό συμπέρασμα που προέκυψε είναι ότι οι τεχνητοί υδροβιότοποι είναι μία αποτελεσματική τεχνική απολύμανσης των αστικών υγρών αποβλήτων που μπορεί να χρησιμοποιηθεί με ασφάλεια καθόλη τη διάρκεια του χρόνου. Η ηλιακή φωτοκατάλυση είναι κατάλληλη μέθοδος όταν η παραγωγή λύματος περιορίζεται στους καλοκαιρινούς μήνες.
(EL)
The objective of this thesis was to investigate the disinfection potential of solar photocatalysis and constructed wetlands on secondary municipal effluent.
For the solar photocatalysis experiments, binary doped TiO2 with Al/Fe, In/Fe, Al/Mn and Mn/Co as well as CuOx doped BiVO4 were used. Both types of catalysts are known to be photo-activated by visible light. Different dopant concentrations were tested. Gram negative E. coli and Gram positive Enterococcus sp. were chosen as indicators of the bacterial inactivation. Experiments were conducted in a lab scale solar light simulator and in pilot scale, using a compound parabolic collector (CPC) reactor under natural light irradiation. An >99.99% inactivation was achieved for both indicators after 60min of lab treatment with all the catalysts used. Reactivation after 24 h dark incubation, was inhibited by the presence of CuOx. Pilot scale experiments exhibited a 93-99,98% inactivation after 150 min of treatment, strongly depending on the seasonal irradiance level. Different flow rates were tested but did not provide comprehensive results.
Constructed wetland disinfection was tested by sampling the influent and effluent of a mesocosm, throughout an annual period of time and estimating E. coli, Enterococcus sp. and MS2 coliphage concentration. A reduction of >99% for the bacterial indicators and 100% for the viral ones was observed during all seasons.
Concentration of E. coli, Enterococcus sp. and MS2 coliphage was also monitored at several stages of the conventional municipal wastewater treatment plant of the city of Chania. Right after screening process, E. coli and Enterococcus sp. found to be about 105-106 CFU/100mL, while MS2 coliphages were approximately 105 PFU/100mL. A 2-3 Log reduction was observed for all microbial indicators tested in the effluent of the secondary sedimentation tank. In the chlorination tank, bacterial concentration reached the level of 50 CFU/100mL for both species, while coliphages were not detected.
The conclusion reached, is that constructed wetlands can efficiently disinfect municipal effluents throughout the year and replace chloriosis. Solar photocatalysis can be applied as a house wastewater treatment plant and satisfy seasonal demands for disinfection.
(EN)
