Μελέτη της τύχης μικροοργανικών ενώσεων σε επιφανειακά υδάτινα σώματα μέσω μαθηματικής προσομοίωσης - Σαραντόπουλος, Βασίλειος (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Πολιτικών Μηχανικών, 2018)
Η παρούσα μεταπτυχιακή εργασία έχει ως θέμα τη μελέτη της τύχης μικροοργανικών ενώσεων σε επιφανειακά υδάτινα σώματα μέσω μαθηματικής προσομοίωσης. Οι εξεταζόμενες ενώσεις ανήκουν στην κατηγορία των «αναδυόμενων ρύπων προτεραιότητας», και, ειδικότερα, πρόκειται για μη στεροειδή αντιφλεγμονώδη φάρμακα (naproxen, ibuprofen, ketoprofen, diclofenac) και ενδοκρινικούς διαταράκτες (nonylphenol, nonylphenol monoethoxylate, nonylphenol diethoxylate, bisphenol A, triclosan). Για την προσομοίωση της τύχης των χημικών ενώσεων αναπτύχθηκε ένα μαθηματικό μοντέλο, το οποίο λαμβάνει υπόψη διεργασίες προσρόφησης, βιοδιάσπασης, φωτοδιάσπασης και βιομετασχηματισμού, οι οποίες θεωρούνται οι κυριότεροι μηχανισμοί απομάκρυνσης των ενώσεων από το υδάτινο περιβάλλον. Η περιγραφή των παραπάνω φαινομένων εντός του οικοσυστήματος επιτυγχάνεται με χρήση κινητικών πρώτης τάξης. Εκτός του υπομοντέλου αναδυόμενων ρύπων προτεραιότητας (ECQM), το μοντέλο περιλαμβάνει και ένα φυσικοχημικό υπομοντέλο (TWQM). Το φυσικοχημικό υπομοντέλο βασίζεται στην απλή εξίσωση Streeter-Phelps και τα φυσικοχημικά ποιοτικά στοιχεία που μελετώνται είναι ο οργανικός άνθρακας (σε όρους BOD5), το αμμωνιακό άζωτο (NH), το νιτρικό άζωτο (NO) και το διαλυμένο οξυγόνο (DO). Το μοντέλο εφαρμόζεται στα υδάτινα σώματα της Τάφρου Λαμίας και ενός τμήματος του Σπερχειού ποταμού, με σκοπό την εκτίμηση της κατάστασης τους λόγω των ρυπαντικών φορτίων που δέχονται. Αρχικά, διενεργήθηκε ανάλυση ευαισθησίας στο μοντέλο για τον προσδιορισμό των κρίσιμων παραμέτρων του. Στις παραμέτρους αυτές δόθηκε ιδιαίτερη έμφαση κατά τη βαθμονόμηση του μοντέλου και αξιολογήθηκε η επιλογή των τιμών τους κατά την επαλήθευση του μοντέλου. Στη συνέχεια, ακολούθησε η εκτίμηση περιβαλλοντικού κινδύνου που διατρέχουν τα υδάτινα σώματα από την παρουσία των χημικών ενώσεων. Τέλος, εκπονήθηκε ανάλυση αβεβαιότητας μέσω της εφαρμογής Monte Carlo, με σκοπό να εξεταστεί η επίδραση των εξωτερικών φορτίων στις συγκεντρώσεις των εξεταζόμενων ενώσεων. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα οι υπολογισμένες συγκεντρώσεις συγκλίνουν πολύ ικανοποιητικά στα διαθέσιμα πειραματικά δεδομένα. Κρισιμότερες παράμετροι του φυσικοχημικού υπομοντέλου είναι ο ρυθμός διάσπασης του BOD (Κ1) και ο ρυθμός φυσικού επαναερισμού (Κ2). Για τις φωτοευαίσθητες ενώσεις κυριότερος μηχανισμός απομάκρυνσης είναι η διεργασία της φωτοδιάσπασης, η οποία επηρεάζεται σε υψηλό βαθμό από την παρουσία αλγών. Οι μετρημένες συγκεντρώσεις και τα αποτελέσματα της προσομοίωσης έδειξαν ότι μόνο οι ενδοκρινικοί διαταράκτες επιδρούν τοξικά στο υδάτινο περιβάλλον.