Εφαρμογές της φωτοκατάλυσης στην επεξεργασία υγρών αποβλήτων και ο καθορισμός σχεδιαστικών παραμέτρων για βεβαρυμένα απόβλητα απο οινοποιεία

Abstract

Η παρούσα μεταπτυχιακή διατριβή, πραγματεύεται την εφαρμογή της φωτοκατάλυσης, η οποία αποτελεί μια εκ των Προηγμένων Οξειδωτικών Μεθόδων Αντιρρύπανσης, ως αντιρρυπαντικής τεχνολογίας για την επεξεργασία βεβαρυμμένων υγρών αποβλήτων. Σκοπό της παρούσης διατριβής, αποτελεί η διερεύνηση της δυνατότητας εφαρμογής των τεχνικών της ομογενούς και ετερογενούς φωτοκατάλυσης, για την επεξεργασία υγρών αποβλήτων με υψηλό ρυπαντικό φορτίο, όπως είναι τα απόβλητα από οινοποιεία, καθώς και ο καθορισμός των κρίσιμων σχεδιαστικών παραμέτρων που διέπουν την εφαρμογή τους. Προς το σκοπό αυτό, μελετώνται οι μέθοδοι ομογενούς φωτοκατάλυσης όπως είναι η φωτόλυση, η φωτοκατάλυση με όζον και η photo Fenton, καθώς και τεχνικές ετερογενούς φωτοκατάλυσης όπως είναι η ετερογενής φωτοκατάλυση με τη χρήση καταλύτη TiO2. Οι παράμετροι που διέπουν την εφαρμογή της εκάστοτε τεχνικής φωτοκατάλυσης αξιολογούνται συγκριτικά με τη χρήση πολυκριτηριακής ανάλυσης. Ταυτόχρονα, η πολυκριτηριακή ανάλυση εφαρμόζεται και για την αξιολόγηση του υβριδικού συστήματος επεξεργασίας, που συνδυάζει τη φωτοκαταλυτική οξείδωση photo Fenton, ως στάδιο προεπεξεργασίας, με την βιολογική επεξεργασία. Το μοντέλο πολυκριτηριακής ανάλυσης που χρησιμοποιείται, για την αξιολόγηση των εναλλακτικών τεχνολογιών, είναι η Αναλυτική Ιεράρχηση Επιλογών ΑΗΡ, για την οποία, καθορίζονται ως βασικά κριτήρια αξιολόγησης οι κατηγορίες κόστους, οφέλους, ευκαιριών και κινδύνων, οι οποίες περιλαμβάνουν μια σειρά οικονομικών, περιβαλλοντικών, τεχνικών και κοινωνικών υποκριτηρίων. Τα αποτελέσματα της βιβλιογραφικής έρευνας καταδεικνύουν ότι, οι μέθοδοι ομογενούς και ετερογενούς φωτοκατάλυσης δύναται να εφαρμοστούν ικανοποιητικά για την επεξεργασία υγρών αποβλήτων από οινοποιεία, επιφέροντας μείωση στο ποσοστό του ολικού οργανικού άνθρακα της τάξεως του 30% με 80%. Επιπρόσθετα, σύμφωνα με τα ευρήματα της βιβλιογραφικής έρευνας και τα αποτελέσματα της πολυκριτηριακής ανάλυσης, η ομογενής φωτοκατάλυση photo Fenton, υπερτερεί έναντι των υπολοίπων τεχνικών φωτοκατάλυσης τόσο εξαιτίας των υψηλών ποσοστών αποδόμησης του οργανικού φορτίου που φτάνει το 80%, όσο και αναφορικά με τα οικονομικά και περιβαλλοντικά κριτήρια αξιολόγησης, δεδομένης της χρήσης ηλιακής ενέργειας για κάλυψη των ενεργειακών της αναγκών. Οι κρίσιμες παράμετροι που διέπουν την εφαρμογή της είναι η συγκέντρωση οξειδωτικού υπεροξειδίου του υδρογόνου καθώς και η συγκέντρωση του καταλύτη. Η ετερογενής φωτοκατάλυση με καταλύτη το διοξείδιο του τιτανίου είναι η λιγότερο αποτελεσματική τεχνολογία ως προς την αποδόμηση του οργανικού φορτίου, ενώ το σύστημα ομογενούς φωτοκατάλυσης με όζον, αποτελεί την τεχνολογία που ικανοποιεί σε μικρότερο βαθμό τα κριτήρια και υποκριτήρια του οικονομικού κόστους εξαιτίας του υψηλού κόστους συντήρησης. Τέλος, η χρήση υβριδικού συστήματος ομογενούς φωτοκατάλυσης photo Fenton, ως στάδιο προεπεξεργασίας, και βιολογικής επεξεργασίας, αποτελεί συγκριτικά τη βέλτιστη λύση για την οριστική επίλυση του προβλήματος της επεξεργασίας βεβαρυμμένων υγρών αποβλήτων, επιφέροντας μείωση στο ποσοστό του ολικού οργανικού άνθρακα πέραν του 90%.