Βελτιστοποίηση πιλοτικών μονάδων τεχνητών υγροβιότοπων με χαλίκι και βιοεξανθράκωμα για την επεξεργασία διασταλάγματος από τον ΧΥΤΑ Χανίων

Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετήθηκαν και βελτιστοποιήθηκαν ορισμένες παράμετροι κατασκευής και λειτουργίας της τεχνολογίας των Τεχνητών Υγροβιότοπων για την επεξεργασία διασταλάγματος από τον ΧΥΤΑ Χανίων. Το πείραμα περιέχει δυο μονάδες τεχνητών υγροβιότοπων οριζόντιας υποεπιφανειακής ροής, οι οποίες τοποθετήθηκαν στον υπαίθριο χώρο του θερμοκηπίου της Σχολής Χημικών Μηχανικών και Μηχανικών Περιβάλλοντος του Πολυτεχνείο Κρήτης. Το πληρωτικό υλικό και των δύο μονάδων είναι χαλίκι, ενώ στη μία από τις δύο μονάδες υπήρχε και ένα στρώμα από βιοεξανθράκωμα το οποίο παρήχθη από κλαδέματα ελιάς ως ένα υπόδειγμα κυκλικής διαχείρισης. Οι δύο πιλοτικές μονάδες χαρακτηρίζονται ως G (Gravel) και GΒ (Gravel & Biochar) και φυτεύτηκαν με κοινό καλάμι Phragmites Australis. Ως εισροή στις κλίνες εφαρμόστηκε διαστάλαγμα, το οποίο συλλεγόταν αμέσως μετά από το στάδιο της κροκίδωσης στη μονάδα επεξεργασίας διασταλάγματος στον ΧΥΤΑ Χανίων. Για μια συγκεκριμένη χρονική περίοδο του πειράματος γινόταν προσθήκη μεθανόλης και στις δύο μονάδες. Ο λειτουργικός όγκος των δύο κλινών ήταν 188,3L έκαστη και η μέση ημερήσια παροχή ήταν 3,3L/day. Οι αναλύσεις που πραγματοποιήθηκαν αφορούσαν την εισροή, την εκροή και τη φυτική βιομάζα των μονάδων. Πιο συγκεκριμένα για την εισροή και τις εκροές προσδιορίστηκαν οι εξής παράμετροι σε εβδομαδιαία βάση: BOD5, COD, NO3--N, NO2--N, NH4+-N, PO43--P, υδραυλική αγωγιμότητα, pH, μετάλλα και μεταλλοειδή. Οι αναλύσεις της φυτικής βιομάζας αποσκοπούσαν στον προσδιορισμό TN (ολικό άζωτο), TP (ολικό φώσφορο) και μετάλλων και μεταλλοειδών Τα αποτελέσματα των μέσων αποδόσεων για τις μονάδες G και GΒ είναι ως ακολούθως. Για το COD η απόδοση στη μονάδα G είναι 43,3 ± 13,3% και στη GΒ είναι 52,7 ± 15%. Για το ΝΟ3--Ν η απόδοση της μονάδας G ισούται με 78,2 ± 16,2%, ενώ για τη μονάδα GΒ η απόδοση αγγίζει το 93,4 ± 5,8%. Για το ΝΟ2--Ν η απόδοση είναι 94,9 ± 5,4% της μονάδας G και 99,0 ± 2,1% της μονάδας GΒ. Αναφορικά με το ΝΗ4+-Ν, η μονάδα G φτάνει στο 82,3 ± 9,8% και η μονάδα GΒ στο 87,6 ± 6,2%. Αντίστοιχα, η απόδοση για τα TSS είναι για τη μονάδα G 72,2 ± 14,8% και 66,3 ± 21,6% για την GΒ. Επιπλέον, η υδραυλική αγωγιμότητα παρουσιάζεται αυξημένη σε σχέση με την εισροή και στις δύο μονάδες λαμβάνοντας τις τιμές 10,72 ± 6,2 και 11,59 ± 7,1 στις G και GB αντίστοιχα, ενώ το pH είναι ελαφρώς αλκαλικό, επίσης BOD5 και PO43--P ήταν σχεδόν μη ανιχνεύσιμα στις εκροές των μονάδων G και GΒ. Τέλος, τα αποτελέσματα για τα μέταλλα και μεταλλοειδή έδειξαν ότι υπάρχουν ορισμένα στοιχεία που ανιχνεύονται σε υψηλότερες συγκεντρώσεις, όπως τα Β, Mg, K, Ca, Cu, Fe και Zn ωστόσο δεν υπερβαίνουν τα τυπικά νομοθετικά όρια εκροών δευτεροβάθμιας επεξεργασίας. Όσον αφορά τη φυτική βιομάζα διαπιστώνεται ότι τα φυτά έχουν κατά βάση την τάση να συγκρατούν ποσότητες φωσφόρου και αζώτου περισσότερο στα φύλλα τους και τους κορμούς τους, ενώ οι ποσότητες μετάλλων συγκρατούνται περισσότερο στις ρίζες. Το βασικό συμπέρασμα που προέκυψε είναι ότι η προσθήκη βιοεξανθρακώματος και μεθανόλης αυξάνει την απόδοση απομάκρυνσης ρύπων.
In the context of the present thesis, the optimization of construction and operation parameters of constructed wetlands have been experimentally studied for the treatment of leachate from the landfill of Chania. The experiment concerns two horizontal subsurface flow constructed wetlands, which were placed in the outdoor area of the greenhouse of the School of Chemical and Environmental Engineering at the Technical University of Crete. Gravel was used as filling material to both units, while in one unit a layer of biochar was also placed. The units were labelled G (Gravel) and GB (Gravel & Βiochar) and were planted with the common reed Phragmites Australis. The inflow for the beds was leachate, which was collected after the flocculation stage at the leachate treatment plant of the Chania landfill. Moreover, methanol was added to both units at certain time period. The operating volume of each bed was 188.3 L and the average flow rate of volume for the units was 3.3L/day. The follow-up analyses concerned the inflow, outflow and the plant biomass of the units. More specifically, the inflow and outflows was analyzed for the determination of the following parameters: BOD5, COD, NO3--N, NO2--N, NH4+-N, PO43--P, Electrical Conductivity, pH, metals and metalloids. The analysis of the plant biomass aimed at the determination of TN (total Nitrogen), TP (total Phosphorus), metals and metalloids. The results of the mean yields for the G and GB units are as follows. For COD the efficiency in unit G was 43,3 ± 13,3% and in unit GB is 52,7 ± 15%. For NO3--N the yield of unit G was equal to 78,2 ± 16,2%, while for unit GB the yield reached 93,4 ± 5,8%. For NO2--N the yield was 94,9 ± 5,4% of the G unit and 99,0 ± 2,1% of the GB unit. Regarding NH4+-N, the unit G reached 82,3 ± 9,8% and the unit GB 87,6 ± 6,2%. Respectively, the yield for TSS was for unit G at 72,2 ± 14,8% and 66,3 ± 21,6% for GB. Moreover, the Electrical Conductivity seems to be higher than the inflow taking the values10,72 ± 6,2 and 11,59 ± 7,1 for units G and GB , while the pH is slightly alkaline. Also, BOD5 and PO43--P were almost undetectable in the outflows of the G and GB units. Finally, the results for metals and metalloids showed that there are some elements that are detected at higher concentrations, such as B, Mg, K, Ca, Cu, Fe and Zn, but they do not exceed the standard legal secondary wastewater effluent limits. Regarding plant biomass, it is found that plants basically tend to retain amounts of phosphorus and nitrogen more in their leaves and stems, while minerals retained in roots. The main conclusion is that the addition of biochar and methanol increases the pollutants’ removal efficiency.