Επεξεργασία ρυπασμένου νερού από κυανοβακτήρια με οξειδωτικά μέσα που απελευθερώνουν υπεροξείδιο του υδρογόνου

Abstract

Η ρύπανση των επιφανειακών υδάτων αποτελεί ένα από τα μεγαλύτερα προβλήματα που πρέπει να διαχειριστεί άμεσα η επιστημονική κοινότητα. Ο ευτροφισμός δημιουργείται από εξωτερικές πηγές όπως τα λύματα που απορρέουν σε επιφανειακά ύδατα και φέρουν θρεπτικά που βοηθούν στην ανάπτυξη του φυτοπλαγκτού. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα την αλλοίωση των φυσικοχημικών ιδιοτήτων του νερού από την ανάπτυξη των μικροοργανισμών που δυνητικά προκαλούν πρόβλημα στο υπόλοιπο οικοσύστημα. Ένα μέρος του φυτοπλαγκτόν είναι και τα κυανοβακτήρια, των οποίων η ανάπτυξη εκτός από την γεύση, δυσοσμία και πρασινωπό χρώμα που δίδει στο νερό, απελευθερώνονται και τοξίνες που είναι επικίνδυνες για το οικοσύστημα και τον άνθρωπο. Στην παρούσα διπλωματική εργασία έγινε προσπάθεια εξεύρεσης καινοτόμων τεχνολογιών για τον περιορισμό της άνθησης των κυανοβακτηρίων (και κατ’ επέκταση του ευτροφισμού των επιφανειακών υδάτων). Με την εφαρμογή των καινοτόμων οξειδωτικών απελευθερώνεται το ισχυρό οξειδωτικό, υπεροξείδιο του υδρογόνου (H2O2), το οποίο έχει την ικανότητα να διασπά τόσο τα κυανοβακτήρια όσο και τις τοξίνες που απελευθερώνουν. Με βάση τα πιο πάνω, στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται αναφορά στα ποιοτικά και φυσικοχημικά χαρακτηριστικά των επιφανειακών υδάτων. Επεξηγούνται σε μεγαλύτερη λεπτομέρεια οι έννοιες του ευτροφισμού και των κυανοβακτηρίων. Γίνεται αναφορά στην χρήση της μικροσκοπικής ανάλυσης για την αναγνώριση των γενών των κυανοβακτηρίων που ανιχνεύθηκαν στην λίμνη Αγίου Γεωργίου που βρίσκεται στο εθνικό πάρκο της Αθαλάσσας. Μετέπειτα, γίνεται αναφορά στους παράγοντες που επηρεάζουν την ανάπτυξη των κυανοβακτηρίων και με ποιο τρόπο το επιτυγχάνουν. Επεξηγείται ο τρόπος με τον οποίο οι επιπτώσεις του ευτροφισμού επηρεάζουν την ανθρώπινη υγεία και το περιβάλλον άμεσα και έμμεσα. Γίνεται αναφορά στις προηγμένες οξειδωτικές μεθόδους αντιρρύπανσης που έχουν έως τώρα χρησιμοποιηθεί με στόχο την αποκατάσταση των ρυπασμένων νερών. Επιπλέον, γίνεται αναφορά στα φυσικοχημικά χαρακτηριστικά της λίμνης του Αγίου Γεωργίου. Στο δεύτερο κεφάλαιο αναλύεται η μεθοδολογία που ακολουθήθηκε. Ιδιαίτερη αναφορά γίνεται στην οργανολογία, στα υλικά και αντιδραστήρια που χρησιμοποιήθηκαν για την διεκπεραίωση των πειραμάτων. Τα καινοτόμα οξειδωτικά μέσα που χρησιμοποιήθηκαν για την καταπολέμηση των κυανοβακτηρίων είναι το υπεροξείδιο του υδρογόνου, το υπεροξείδιο του ασβεστίου, το υπεροξείδιο του μαγνησίου και το υπερανθρακικό νάτριο. Επιπλέον, στην μεθοδολογία γίνεται αναφορά στον τρόπο δειγματοληψίας που ακολουθήθηκε όπως και στην πειραματική διάταξη. Στο τρίτο κεφάλαιο της διπλωματικής εργασίας δίδονται τα αποτελέσματα από την μικροσκοπική ανάλυση που χρησιμοποιήθηκε για την ανίχνευση του γένου κυανοβακτηρίων που βρέθηκαν στην λίμνη, το οποίο ήταν το Merismopedia sp. Επιπρόσθετα, γίνεται ανάλυση και συζήτηση των αποτελεσμάτων όπως και σύγκριση της αποτελεσματικότητας των οξειδωτικών που χρησιμοποιήθηκαν για μετριασμό της ανάπτυξης των κυανοβακτηρίων. Εν κατακλείδι, παρέχεται μια γενική ιδέα όπως και αναφορά σε πιθανούς λόγους για την μη αναμενόμενη απόδοση του κάθε οξειδωτικού. Το υπεροξείδιο του υδρογόνου στις συγκεντρώσεις που χρησιμοποιήθηκαν, δεν είχε την αναμενόμενη απόδοση αφού η συγκέντρωση των κυανοβακτηρίων αυξήθηκε αλλά είχε θετική επίδραση στα χλωροφύκη αφού δεν επηρέασε την ανάπτυξη τους. Όσο αφορά το υπεροξείδιο του ασβεστίου δεν επηρέασε την ανάπτυξη των κυανοβακτηρίων, αλλά επηρέασε την ανάπτυξη του λοιπού φυτοπλαγκτόν. Με την χρήση του υπεροξειδίου του μαγνησίου δεν επηρεάστηκαν ούτε τα κυανοβακτήρια ούτε το λοιπό φυτοπλαγκτόν. Το υπερανθρακικό νάτριο με τις συγκεντρώσεις που χρησιμοποιήθηκαν είχε αρνητική επίδραση αφού αυξήθηκε η συγκέντρωση των κυανοβακτηρίων παρόλα αυτά υπήρξε η αναμενόμενη σταθερότητα στο φυτοπλαγκτόν. Τέλος, το πιο αποτελεσματικό αλλά όχι ιδανικό οξειδωτικό ήταν το υπεροξείδιο του ασβεστίου αφού ήταν το μοναδικό που κατάφερε να μειώσει την ανάπτυξη των κυανοβακτηρίων αλλά παράλληλα επηρέασε και την ανάπτυξη του υπόλοιπου φυτοπλαγκτόν (χλωροφύκη). Το υπεροξείδιο του ασβεστίου επιβάλλεται να χρησιμοποιηθεί υπό ελεγχόμενες συνθήκες λόγω της αρνητικής επίδρασης που έχει στο υπόλοιπο φυτοπλαγκτόν, αφού απελευθερώνει μεγάλες ποσότητες υπεροξειδίου του υδρογόνου. Η πτυχιακή αυτή ολοκληρώνεται παραθέτοντας τα βασικά συμπεράσματα αλλά και πιθανές μελλοντικές έρευνες όπου θα βοηθήσουν στην καλύτερη αποτελεσματικότητα όλων των οξειδωτικών.