Επεξεργασία υγρών αποβλήτων με προσροφητικά υλικά από τροποποιημένη (organosolv) βιομάζα

Abstract

Η μόλυνση του νερού λόγω των χρωματικών λυμάτων που προέρχονται από διαφορετικές βιομηχανίες είναι ένα τρέχον πρόβλημα σε όλο τον κόσμο (Xiao et al., 2015). Βαφές υφασμάτων και άλλες βιομηχανικές χρωστικές σχηματίζουν μία από τις μεγαλύτερες ομάδες οργανικών ενώσεων που αντιπροσωπεύουν έναν αυξανόμενο περιβαλλοντικό κίνδυνο με την απελευθέρωση τοξικών και δυνητικών καρκινογόνων ουσιών στον υδατικό ορίζοντα. Η βιομηχανία υφασμάτων απαιτεί περίπου 700.000 τόνους διαφορετικών ειδών βαφών για την ετήσια παγκόσμια παραγωγή (Talarposhti et al., 2001). Τα λύματα βιομηχανιών υφάσματος είναι γνωστό ότι περιέχουν σημαντικές ποσότητες αζωχρωμάτων και μια ποσότητα ανόργανων αλάτων. Το μεγαλύτερο μέρος των χρωστικών που χρησιμοποιούνται σε διεργασίες βαφής απελευθερώνονται στο περιβάλλον, γεγονός το οποίο προκαλεί με τη σειρά του σημαντικά προβλήματα ρύπανσης του περιβάλλοντος. Επομένως, αρκετές μέθοδοι είναι διαθέσιμες για την απομάκρυνση χρωστικών ουσιών από βιομηχανικά λύματα. Οι πιο ευρέως χρησιμοποιούμενες είναι η βιοαποικοδόμηση, (El-Sheekh et al., 2009), η κροκίδωση-συσσωμάτωση, (Canizares et al., 2006), η χημική οξείδωση (Salem και El-Maazawi, 2000) και τέλος η προσρόφηση. Μεταξύ αυτών των μεθόδων, η τεχνική της προσρόφησης έχει αποδειχτεί ότι είναι αποτελεσματική και ελκυστική για την επεξεργασία υγρών αποβλήτων που φέρουν χρωστικές ουσίες ως ρυπαντικό φορτίο (Yao et al., 2010). Κατά τη διάρκεια των τελευταίων δεκαετιών, ο ενεργός άνθρακας είναι το πιο συχνά χρησιμοποιούμενο προσροφητικό υλικό. Ωστόσο, ο ενεργός άνθρακας παρουσιάζει ορισμένα μειονεκτήματα όπως το υψηλό κόστος, η δύσκολη διάθεση και ανάπλαση (Dutta et al., 2010). Πρόσφατα, δόθηκε μεγαλύτερη προσοχή στην ανάπτυξη των ιδιαίτερα αποτελεσματικών και χαμηλού κόστους προσροφητικών μέσων. Υπό αυτή την έννοια, τα εναλλακτικά προσροφητικά υλικά είναι ελκυστικά τόσο λόγω του χαμηλού τους κόστους και της εύκολης διαθεσιμότητα τους, όσο και της χαμηλής τους τοξικότητας. Διάφορα ανανεώσιμα υλικά, όπως ο φλοιός φιστικιού (Song et al., 2011), το άχυρο σίτου (Batzias et al., 2009), ο μίσχος βαμβακιού (Deng et al., 2011), η πούλπα ζαχαρότευτλου, (Malekbala et al., 2012), οι σπόροι παπάγιας (Hameed, 2009) και οι φλούδες φρούτων (Hameed και Hakimi, 2008), έχουν χρησιμοποιηθεί ως προσροφητικά υλικά για την απομάκρυνση χρωστικής από ένα υδατικό διάλυμα. Στην παρούσα διπλωματική εργασία, μελετήθηκε η απομάκρυνση-προσρόφηση της χρωστικής ουσίας Methylene Blue από άχυρο σίτου προκατεργασμένο με οργανικό διαλύτη καταλυόμενο από οξύ, με το απροκατέργαστο άχυρο σίτου να αποτελεί μέτρο σύγκρισης. Οι ισόθερμες προσρόφησης χρησιμοποιήθηκαν για την εκτίμηση και τη σύγκριση της προσροφητικής ικανότητας του απροκατέργαστου και του προκατεργασμένου άχυρου σίτου. Αναλυτικότερα, στο πρώτο κεφάλαιο παρατίθενται απόβλητα από όλων των ειδών τις βιομηχανίες που δραστηριοποιούνται στον ελλαδικό χώρο. Στο δεύτερο κεφάλαιο αναπτύσσονται οι μηχανικές, βιολογικές και φυσικοχημικές μέθοδοι επεξεργασίας υγρών αποβλήτων. Στο τρίτο κεφάλαιο περιγράφονται τα είδη και τα στάδια της προσρόφησης. Στο τέταρτο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα μαθηματικά μοντέλα προσομοίωσης των διεργασιών προσρόφησης διαλείποντος έργου (ισόθερμες, κινητική) και συνεχούς έργου (στήλες). Στο πέμπτο κεφάλαιο περιγράφεται αναλυτικά η δομή και η χημική σύσταση του λιγνοκυτταρινούχου υλικού που χρησιμοποιήθηκε, δηλαδή του άχυρου σίτου(wheat straw) καθώς επίσης και ο τρόπος προκατεργασίας του. Στο κεφάλαιο έξι παρατίθενται αναλυτικά τα αποτελέσματα των πειραματικών μετρήσεων. Τέλος η εργασία ολοκληρώνεται με τα συμπεράσματα, την βιβλιογραφία και το παράρτημα.