"Έλεγχος αποδόμησης γεωργικών φαρμάκων κατά την επεξεργασία υγρών αποβλήτων & εφαρμογή καινοτόμων τεχνολογιών για την απομάκρυνσή τους από το υδάτινο περιβάλλον"

"Investigation of pesticides decomposition during wastewater treatment & application of novel techniques for their removal from the aquatic environment." (Αγγλική)

  1. MSc thesis
  2. Παρασύρη, Ελένη
  3. Διαχείριση Αποβλήτων (ΔΙΑ)
  4. 15 Σεπτεμβρίου 2018 [2018-09-15]
  5. Ελληνικά
  6. 127
  7. Βενιέρη, Δανάη
  8. Βενιέρη, Δανάη | Κούγκολος, Αθανάσιος
  9. γεωργικά φάρμακα | pesticides | επεξεργασία υγρών αποβλήτων | wastewater treatment | υδάτινα συστήματα | aquatic environment | προχωρημένες οξειδωτικές μέθοδοι αντιρρύπανσης | advanced oxidation processes
  10. 36
  11. 178
  12. Περιέχει: Πίνακες & Διαγράμματα & Εικόνες.
    • Ως γεωργικό φάρμακο ορίζεται κάθε χημική ουσία ή μίγμα ουσιών που χρησιμοποιείται ως μέσο πρόληψης, καταπολέμησης ή καταστολής των εχθρών των φυτών. Η πιο συχνή ταξινόμηση των γεωργικών φαρμάκων βασίζεται στον οργανισμό – στόχο επί του οποίου επιδρούν. Οι έξι μεγαλύτερες κατηγορίες (και οι εχθροί – στόχοι τους) είναι τα εντομοκτόνα (έντομα), τα ζιζανιοκτόνα (ζιζάνια), τα μυκητοκτόνα (μύκητες), τα ακαρεοκτόνα (ακάρεα), τα νηματοδωκτόνα (νηματώδεις σκώληκες) και τα μυοκτόνα (τρωκτικά). Βάσει της χημικής τους δομής, τα γεωργικά φάρμακα ταξινομούνται σε διαφορετικές κατηγορίες όπως είναι οι οργανοχλωριούχες ουσίες, τα οργανοφωσφορικά, τα καρβαμίδια, τα πυρεθροειδή και τα νεονικοτινοειδή. Τα γεωργικά φάρμακα επιφέρουν σημαντικά πλεονεκτήματα. Χωρίς αυτά, η γεωργική παραγωγή θα μειωνόταν λόγω της καταστροφικής επίδρασης των παρασίτων. Όμως, οι κίνδυνοι που συσχετίζονται με τη χρήση των αγροχημικών έχουν ξεπεράσει τις θετικές τους επιπτώσεις. Τα γεωργικά φάρμακα εμφανίζουν αρνητική επίδραση σε οργανισμούς μη-στόχους και διαταράσσουν τη ζωική και φυτική βιοποικιλότητα στα υδάτινα και εδαφικά περιβάλλοντα, τις τροφικές αλυσίδες και τα οικοσυστήματα. Στον άνθρωπο, πλήθος επιστημονικών ερευνών υποδεικνύει τη σύνδεση μεταξύ της έκθεσης σε γεωργικά φάρμακα και διαφορετικών μορφών καρκίνου, παθήσεις του αναπνευστικού συστήματος, μεταβολικές και νευροεκφυλιστικές διαταραχές. Η επαναχρησιμοποίηση του νερού (για πόσιμη ή μη πόσιμη χρήση-άρδευση) εμφανίζει αυξητική τάση σε περιοχές πληττόμενες από λειψυδρία. Η παρουσία γεωργικών φαρμάκων θα μπορούσε να αποτελέσει σοβαρό περιοριστικό παράγοντα επαναχρησιμοποίησης, ή να οδηγήσει σε αυξημένες απαιτήσεις επεξεργασίας των ανακτημένων υδάτινων όγκων πριν την επαναχρησιμοποίηση. Εξαιτίας της εντατικοποίησης της γεωργίας σε συνδυασμό με την επιφανειακή απορροή, τα υγρά απόβλητα αντιπροσωπεύουν μια από τις βασικές οδούς ρύπανσης των υδάτινων οικοσυστημάτων. Τα διαθέσιμα στοιχεία για την τύχη των γεωργικών φαρμάκων στις μονάδες επεξεργασίας λυμάτων (ΜΕΛ) υποδεικνύουν ότι πολλές από τις ουσίες αυτές επιβιώνουν ακόμα και της τριτοβάθμιας επεξεργασίας και επιστρέφουν στο περιβάλλον. Η πρόληψη και ο έλεγχος της αγροχημικής ρύπανσης των υδάτινων πόρων αποτελεί μια από τις μεγαλύτερες περιβαλλοντικές προκλήσεις του σήμερα. Η απομάκρυνση των παρασιτοκτόνων από τις ΜΕΛ απαιτεί δραστικά μέτρα επεξεργασίας. Οι ΠΟΜΑ θεωρούνται πολλά υποσχόμενες μέθοδοι όσον αφορά το σκοπό αυτό. Ως ΠΟΜΑ ορίζονται οι οξειδωτικές τεχνικές που βασίζονται στην in situ παραγωγή των ιδιαίτερα δραστικών και οξειδωτικών ελεύθερων ριζών υδροξυλίου (.OH), οι οποίες αλληλεπιδρούν με τα μόρια του οργανικού ρύπου και οδηγούν στην προοδευτική αποδόμησή του. Αναλόγως της μεθοδολογίας παραγωγής των ελεύθερων ριζών υδροξυλίου (.OH), οι ΠΟΜΑ διακρίνονται σε χημικές, φωτοχημικές, ηλεκτροχημικές και σε όσες βασίζονται στη δράση υπερήχων. Οι χημικές ΠΟΜΑ, όπως η αντίδραση Fenton και οι τεχνικές βασισμένες στο όζον, είναι οι παλαιότερες και πιο μελετημένες. Είναι εφικτή η βελτίωση της οξειδωτικής τους αποτελεσματικότητας με την ταυτόχρονη εφαρμογή επί του υδατικού διαλύματος προς επεξεργασία UV ακτινοβολίας (μέθοδος photo-Fenton, UV/O3) ή ηλιακής ακτινοβολίας (μέθοδος solar photo-Fenton). Η ετερογενής φωτοκατάλυση είναι άλλη μια φωτοχημική μέθοδος, κατά την οποία χρησιμοποιούνται ημιαγωγοί όπως το TiO2 σε διασπορά. Είναι επίσης εφικτή η παραγωγή ελεύθερων ριζών υδροξυλίου (.OH) in situ δια της ηλεκτροχημείας. Αρκετές ηλεκτροχημικές ΠΟΜΑ υφίστανται, όπως είναι η ανοδική οξείδωση, η Electro-Fenton, και οι Photoelectro – Fenton (PEF)/Solar photoelectro – Fenton (SPEF). Επιπροσθέτως, ο σχηματισμός των .OH μέσω της δύναμης των υπερήχων σε υδατικό διάλυμα αποτελεί επίσης διακριτή κατηγορία ΠΟΜΑ. Η έρευνα που έχει διεξαχθεί σε εργαστηριακό επίπεδο όσον αφορά την απομάκρυνση οργανικών γεωργικών φαρμάκων σε υδατικό διάλυμα με την εφαρμογή κάποιας ΠΟΜΑ είναι εκτεταμένη, και βάσει της διαθέσιμης βιβλιογραφίας, όλες οι προαναφερθείσες ΠΟΜΑ έχουν διερευνηθεί για την οξείδωση διαφόρων αγροχημικών. Απεδείχθη ότι η μεταμόρφωση των αρχικών ουσιών σε πιο αβλαβή και βιοαποικοδομήσιμα ενδιάμεσα προϊόντα επισυνέβη πολύ συχνά, ενώ σε αρκετές περιπτώσεις και υπό ιδανικές συνθήκες σχεδόν ολοκληρωτική ανοργανοποίηση των οργανικών ουσιών σε διοξείδιο του άνθρακα, νερό και ανόργανα οξέα επετεύχθη. Λαμβάνοντας υπόψη την αποτελεσματικότητα των ΠΟΜΑ βάσει της επιστημονικής τεκμηρίωσης, σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η επισήμανση της δυνατότητας διαφορετικών ΠΟΜΑ να αποδομήσουν συγκεκριμένα γεωργικά φάρμακα, η καταγραφή χαρακτηριστικών πρόσφατων παραδειγμάτων επιτυχούς εφαρμογής, η διερεύνηση των παραγόντων που θα επηρέαζαν μια τέτοια διαδικασία και η δυνατότητα αναβάθμισης σε επεξεργασία μεγάλης κλίμακας.
    • Pesticides can be defined as any substance or mixture of substances intended for preventing, destroying or repelling pests. The most common classification of pesticides relies on the target species they act on. The four major classes (and their target pests) are those of insecticides (insects), herbicides (weeds), fungicides (fungi), acaricides (mites), nematicides (nematodes) and rodenticides (rodents). According to its chemical structure, pesticides are classified into different families like organochlorine compounds, organonophosphates, carbamates, pyrethroids and neonicotinoids. Pesticides provide important benefits. Without them, crop production would decline by the disastrous effects of pests. But the risks associated with pesticide use have surpassed their beneficial effects. Pesticides have negative effects on non-target species and affect animal and plant biodiversity, aquatic as well as terrestrial, food webs and ecosystems. In humans, there is a huge body of evidence on the relation between exposure to pesticides and elevated rate of chronic diseases such as different types of cancers, diseases of the respiratory system and metabolic and neurodegenerative disorders. Water reuse (potable or nonpotable reuse - irrigation) is a growing trend in regions subject to water scarcity. The presence of pesticides could present a serious constraint on water reuse, or impose greater demands for treatment of reclaimed water before reuse. Through intensive agriculture, combined with surface run-off, wastewaters represent one of the main route of pesticide contamination into the aquatic ecosystem. The available data on the fate of pesticides in wastewater treatment facilities suggest that many of these compounds can survive even the tertiary treatment processes and hence are returned to the environment. Prevention and control of agrochemical contamination of water resources is one of the major environmental challenges today. The removal of pesticides from WWTP requires effective treatment measures. Advanced Oxidation Processes (AOPs) are considered promising methods for this purpose. AOPs are defined as a category of oxidation techniques based on the in situ generation of highly reactive oxygen species, like hydroxyl radicals, (.OH), which interact with the molecules of the organic pollutant and lead to progressive degradation of the contaminants. Regarding the methodology to generate hydroxyl radicals, AOPs can be divided into chemical, photo-chemical, electro-chemical and sono-chemical processes. Chemical AOPs, like the Fenton reaction or ozone-based methods, are the oldest and most studied. It is possible to improve the oxidation efficiency of these methods by simultaneously irradiating the treated water solution by UV light (photo-Fenton method, UV/O3) or sunlight (solar photo-Fenton method). Heterogenous photocatalysis is another photochemical method, using suspensions of a semiconductor like TiO2. It is also possible to generate .OH radicals in situ via electrochemistry. Α number of electrochemical advanced oxidation processes (ΕΑΟΡs) exist like Anodic Oxidation, Electro-Fenton, and Photoelectro – Fenton (PEF)/Solar photoelectro – Fenton (SPEF). Furthermore, the formation of .OH radicals through the power of ultrasound in aqueous medium constitutes a particular AOP technology. Extensive research has been conducted in laboratory scale on the removal of organic pesticides in aquatic solution using AOPs, and according to the available literature, all of the abovementioned AOPs have been examined for the oxidation of various agrochemicals. It was proven that the transformation of parent compounds into more innocuous and biodegradable intermediate products was very often the case, whereas in numerous occasions and under optimized conditions almost complete mineralization of the organic substances to carbon dioxide, water and inorganic acids has been achieved. Taking into account the scientific documentation in regard of the AOP effectiveness, the aim of the present thesis is to highlight the potential of different AOPs to degrade specific pesticides, to record characteristic examples of some promising recent results, to investigate the parameters that would affect a procedure like that and the feasibility to upgrade to large scale treatments.
  14. Αναφορά Δημιουργού 4.0 Διεθνές