Γεωπεριβαλλοντικός χαρακτηρισμός αποβλήτου ιλύος από θειοαναγωγικό αντιδραστήρα - Κορκοβέλου, Βασιλική (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Πολιτικών Μηχανικών, 2016)
Η διπλωματική αυτή εργασία έχει ως αντικείμενο την μελέτη και το χαρακτηρισμό της ιλύος που προκύπτει από την βιολογική επεξεργασία με θειοαναγωγικά βακτήρια (SRB) ενός όξινου αποβλήτου με υψηλές συγκεντρώσεις διαλυτών μετάλλων και θειικών ιόντων. Η ιλύς αυτή περιέχει κυρίως θειούχες ενώσεις των μετάλλων που σχηματίζονται και κατακρημνίζονται λόγω της μικροβιακής δραστηριότητας. Ουσιαστικά πρόκειται για ένα νέο απόβλητο, σημαντικά μικρότερου όγκου, με συγκεντρωμένα και δεσμευμένα όλα τα αναγκαία προς απομάκρυνση στοιχεία ενός συνθετικού αποβλήτου που προσομοιάζει όξινη απορροή ή βιομηχανικό απόβλητο με υψηλές συγκεντρώσεις διαλυτών μετάλλων (Fe, Zn, Cu, Ni) και θειικών ιόντων, σε σταθερές, αδιάλυτες ενώσεις. Η βιολογική επεξεργασία με SRB είναι μια καινοτόμα πρακτική, που βρίσκεται σε πρώιμο στάδιο εφαρμογής, κυρίως εργαστηριακής ή πιλοτικής κλίμακας, και κατά συνέπεια η παραγόμενη ιλύς, όσον αφορά το χαρακτηρισμό και την διαχείρισή της, αποτελεί νέο αντικείμενο μελέτης. Ως εκ τούτου, η διαθέσιμη σχετική βιβλιογραφία είναι αρκετά περιορισμένη. Στην εργασία αυτή επιχειρείται ο χαρακτηρισμός ενός τέτοιου υλικού, συνδυάζοντας διάφορες μεθόδους και εξετάζοντας όσο το δυνατόν περισσότερα χαρακτηριστικά του, με στόχο την μετέπειτα μελέτη και επιλογή του βέλτιστου τρόπου διαχείρισης της ιλύος. Η διάρθρωση της εργασίας παρουσιάζεται στη συνέχεια. Στο πρώτο κεφάλαιο, αρχικά γίνεται αναφορά σε παραδείγματα υγρών αποβλήτων με υψηλές συγκεντρώσεις θειικών ιόντων και βαρέων μετάλλων και των πηγών παραγωγής τέτοιων αποβλήτων. Ακολουθεί συνοπτική περιγραφή των φυσικών, χημικών και βιολογικών μεθόδων επεξεργασίας που επιτυγχάνουν την απομάκρυνση των διαλυτών μετάλλων και της οξύτητας ενός αποβλήτου με τα παραπάνω χαρακτηριστικά, κάνοντας μια πρώτη αναφορά στους θειοαναγωγικούς αντιδραστήρες. Το κεφάλαιο κλείνει με τα βασικά σημεία της ευρωπαϊκής νομοθεσίας σχετικά με τη διαχείριση των αποβλήτων και την εξέλιξή της, καταλήγοντας στο συμπέρασμα ότι δεν υπάρχει ολοκληρωμένο πλαίσιο για τη διαχείριση των αποβλήτων που προκύπτουν από τους παραπάνω αντιδραστήρες, τα οποία περιέχουν υψηλές συγκεντρώσεις μετάλλων. Στο δεύτερο κεφάλαιο, παρουσιάζεται η αρχή λειτουργίας των βιολογικών αντιδραστήρων με θειοαναγωγικά βακτήρια, δίνοντας πληροφορίες για τον τρόπο και τον στόχο της λειτουργίας των εν λόγω αντιδραστήρων, τα βασικά είδη θειοαναγωγικών βακτηρίων και τις σχηματιζόμενες ενώσεις στις οποίες ακινητοποιούνται τα διαλυτά μέταλλα. Ακολουθεί εκτενής και εμπεριστατωμένη περιγραφή των μηχανισμών απομάκρυνσης των διαλυτών μετάλλων και παρουσίαση των τύπων των θειοαναγωγικών αντιδραστήρων, με παραδείγματα εφαρμογών. Το κεφάλαιο κλείνει με τα πλεονεκτήματα της επεξεργασίας αποβλήτων με τη χρήση θειοαναγωγικών αντιδραστήρων. Το τρίτο κεφάλαιο ξεκινά με την προέλευση του υπό εξέταση υλικού, δίνοντας πληροφορίες για τον αντιδραστήρα στον οποίο δημιουργήθηκε, το απόβλητο που επεξεργάστηκε και από το οποίο προέκυψε η ιλύς και τα θειοαναγωγικά βακτήρια που χρησιμοποιήθηκαν. Ακολουθεί αναλυτική περιγραφή της μεθοδολογίας, η οποία εφαρμόστηκε σε δύο κύκλους δοκιμών. Ο πρώτος πειραματικός κύκλος στοχεύει στον προσδιορισμό των φυσικών ιδιοτήτων, της χημικής σύστασης, της ορυκτολογικής σύστασης και της μορφολογίας της εξεταζόμενης ιλύος, και ο δεύτερος πειραματικός κύκλος περιλαμβάνει μια σειρά δοκιμών για την μελέτη της εκχυλισιμότητας των μετάλλων και την ταξινόμησή τους σε κλάσματα. Τα αποτελέσματα των παραπάνω δοκιμών παρουσιάζονται και σχολιάζονται εκτενώς στο τέταρτο κεφάλαιο της διπλωματικής εργασίας. Συνοπτικά, τα βασικά σημεία που προκύπτουν είναι το πολύ μικρό μέγεθος κόκκων (ενδεικτικά το 50% των κόκκων έχει διάμετρο μικρότερη από 8,5mm) και πολύ μικρό ποσοστό περιεχόμενου ολικού και οργανικού άνθρακα (ενδεικτικά στοιχεία για το ισοζύγιο μάζας Ctot=5%, Stot=31%, Me=69,5%). Επίσης, σημαντικό στοιχείο είναι η επικράτηση καθαρών (πχ. σφαλερίτη, πυρίτη, κοβελίνης, μιλλερίτης) και μικτών (πχ. κουβανίτης, χαλκοπυρίτης) θειούχων φάσεων των μετάλλων, σε ένα -κατά κύριο λόγο- άμορφο υλικό. Εφαρμόζοντας τις δοκιμές εκχύλισης, διαφαίνεται ότι το προς εξέταση υλικό είναι ακατάλληλο για διάθεση σύμφωνα με τα όρια που θέτει η Οδηγία 2003/33/EC, καθώς επίσης ότι τα μέταλλα βρίσκονται δεσμευμένα κατά 70-90% στο οξειδώσιμο κλάσμα της ιλύος, επιβεβαιώνοντας την επικράτηση των θειούχων ορυκτολογικών φάσεων. Τέλος, αναδεικνύεται η ρυθμιστική ικανότητα του υλικού, ανεξαρτήτα από την αρχική τιμή pH του εκχυλιστικού μέσου, η οποία φαίνεται όμως να επηρεάζει την εκχυλιστική συμπεριφορά των μετάλλων. Στο πέμπτο και τελευταίο κεφάλαιο, γίνεται μια σύνοψη των συμπερασμάτων που προέκυψαν από τα αποτελέσματα των πειραμάτων των δύο κύκλων δοκιμών.