Μελέτη της επίδρασης του pH στην κινητική απελευθέρωσης υπεροξειδίου του υδρογόνου (Η2Ο2) από κόκκους του ασβεστίου (CaO2) και μαγνησίου (MgO2) σε επιφανειακά ύδατα

Abstract

Τα κυανοβακτήρια είναι αρχέγονα βακτήρια των οποίων η ύπαρξη χρονολογείται περίπου εδώ και 3.5 δισεκατομμύρια χρόνια. Λόγω της φωτοσυνθετικής δραστηριότητας τους εμπλούτισαν με οξυγόνο την ατμόσφαιρα και εν μέρει σε αυτά οφείλεται η παρουσία μας στη Γή . Τα κυανοβακτήρια μπορούν να επιβιώσουν σε οποιοδήποτε οικοσύστημα, σε χερσαία ή υδάτινα περιβάλλοντα καθώς και σε ακραίες συνθήκες όπως υψηλές θερμοκρασίες. Σε συγκεκριμένες συνθήκες τα κυανοβακτήρια έχουν αυξητική φάση γνωστή ως άνθηση. Λόγω της άνθησης τους αυξάνεται και η πιθανότητα εμφάνισης των τοξικών γενών των κυανοβακτηρίων τα οποία χαρακτηρίζονται έτσι έχουν την ικανότητα να παράγουν και να εκκρίνουν τοξικούς μεταβολίτες. Αυτές οι τοξίνες προκαλούν διάφορα προβλήματα στην υγεία των ανθρώπων, των ζώων αλλά έχουν και επιπτώσεις στα υδάτινα οικοσυστήματα. Οι τοξίνες αυτές που ονομάζονται και κυανοτοξίνες χωρίζονται σε διάφορες κατηγορίες ανάλογα με την χημική τους δράση ή την τοξική τους δράση. Η παρουσία των κυανοτοξινών σε συνδυασμό με τις επιπτώσεις που έχει η άνθηση των κυανοβακτηρίων (ευτροφισμός) είναι οι κύριοι λόγοι πίσω από διάφορες που στοχεύουν στην εξεύρεση αποτελεσματικών τεχνικών για την απομάκρυνση των κυανοβακτηρίων από το υδάτινο περιβάλλον χωρίς τον επηρεασμό του λοιπού οικοσυστήματος. Το υπεροξείδιο του υδρογόνου (H2O2) είναι ένα οξειδωτικό μέσω για την καταπολέμηση των κυανοβακτηρίων το οποίο είναι δεν προκαλεί σημαντικές επιπτώσεις (όταν χρησιμοποιηθεί στις κατάλληλες συγκεντρώσεις) στο περιβάλλον σε σχέση με άλλες χημικές ουσίες. Το υπεροξείδιο του υδρογόνου είναι σε υγρή μορφή αλλά μπορεί να δημιουργηθεί in situ και από άλλα οξειδωτικά μέσα. Αυτά τα οξειδωτικά έχουν την τάση να διαλύονται στο νερό να αντιδρούν με αυτό και να απελευθερώνουν σταδιακά υπεροξείδιο του υδρογόνου. Μερικά από τα οξειδωτικά είναι το υπεροξείδιο του ασβεστίου και το υπεροξείδιο του μαγνησίου. Οι χημικές ενώσεις αυτές μπορούν να βρεθούν σε διάφορες μορφές όπως σκόνη και κόκκους. Λόγω της ικανότητας τους να απελευθερώνουν H2O2 αυτές οι ουσίες μπορούν δυνητικά να χρησιμοποιηθούν για την καταπολέμηση των κυανοβακτηρίων. Σε αυτή την διπλωματική εργασία, μελετήθηκε η επίδραση του pH στην απελευθέρωση του υπεροξειδίου του υδρογόνου από το υπεροξείδιο του ασβεστίου και το υπεροξείδιο του μαγνησίου σε νερό από το φράγμα του Κούρη. Κατά την διάρκεια της επεξεργασίας με οξειδωτικά καταγράφηκαν τα φυσικοχημικά χαρακτηριστικά του υδατικού υπόβαθρου καθώς και η in situ απελευθέρωση του υπεροξειδίου του υδρογόνου. Αρχικά, στο πρώτο κεφάλαιο, δίδεται το θεωρητικό υπόβαθρο των υδάτινων οικοσυστημάτων. Αναφέρονται οι σημαντικές παράμετροι και οι διαδικασίες που λαμβάνουν χώρα σε αυτά. Επίσης αναφέρονται τα οξειδωτικά μέσα τα οποία χρησιμοποιήθηκαν στην διπλωματική εργασία. Τέλος επεξηγείται πώς συμβάλλει η οδηγία – πλαίσιο 200/60/ΕΚ της Ευρωπαϊκής Ένωσης στην παρακολούθηση των υδάτινων οικοσυστημάτων. Στη συνέχεια στο δεύτερο κεφάλαιο αναγράφεται η μεθοδολογία που ακολουθήθηκε για την αξιολόγηση των οξειδωτικών στις διάφορες συνθήκες και τα πειραματα που πραγματοποιήθηκαν για να παρατηρήσουμε την κινητική απελευθέρωση του υπεροξειδίου του υδρογόνου από τα οξειδωτικά μέσα καθώς και τα φυσικοχημικά χαρακτηριστικά του νερού. Μετέπειτα εξετάστηκε η κινητική απελευθέρωσης του υπεροξειδίου του υδρογόνου σε διαφορετικές τιμές του pH καθώς και σε διαφορετικό υδάτινο υπόβαθρο. Τέλος πραγματοποιήθηκαν δειγματοληψίες από το φράγμα του Κούρη για την αξιολόγηση του φράγματος. Στο τρίτο κεφάλαιο καταγράφονται τα αποτελέσματα από τα παραπάνω πειράματα από τα οποία συμπεραίνουμε ότι το υπεροξείδιο του ασβεστίου έχει μεγαλύτερη απελευθέρωση υπεροξειδίου του υδρογόνου από το υπεροξείδιο του μαγνησίου. Επίσης φαίνεται ξεκάθαρα ότι το υπεροξείδιο του ασβεστίου συμπεριφέρεται διαφορετικά σε διαφορετικές συνθήκες και σε διαφορετικές μήτρες. Τα συμπεράσματα που λήφθηκαν από αυτά τα πειράματα είναι ότι σε χαμηλά pH έχουμε περισσότερη απελευθέρωση του υπεροξειδίου του υδρογόνου άρα το οξείδιο του ασβεστίου έχει καλύτερη λειτουργία σε χαμηλό pH. Γενικά το υπεροξείδιο του ασβεστίου είναι ένα πολύ καλό οξειδωτικό μέσο για τα υδάτινα οικοσυστήματα το οποίο δεν δημιουργά αλλοίωσης στα υδάτινα οικοσυστήματα και ούτε στα υπόλοιπα οικοσυστήματα. Επίσης αυτή η μέθοδος δεν κοστίζει παρά πολύ άλλα χρειάζεται αρκετό χρόνο και μεγάλες ποσότητες του οξειδωτικού μέσου ούτως ώστε το υδάτινο οικοσύστημα να επανέρθει στη φυσιολογική κατάσταση.