Ι ΑΚΤΟΡΙΚΗ ΙΑΤΡΙΒΗ ΘΕΜΑ. «Μελέτη της αποµάκρυνσης µε προσρόφηση από ενεργό άνθρακα των οργανικών παραπροϊόντων της χλωρίωσης του πόσιµου νερού»

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΥ ΤΜΗΜΑ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ Ι ΑΚΤΟΡΙΚΗ ΙΑΤΡΙΒΗ ΘΕΜΑ «Μελέτη της αποµάκρυνσης µε προσρόφηση από ενεργό άνθρακα των οργανικών παραπροϊόντων της χλωρίωσης του πόσιµου νερού» ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΑ ΜΠΑΜΠΗ Χηµικός Μηχανικός Α.Π.Θ. Επιβλέπων Καθηγητής: ΘΕΜΙΣΤΟΚΛΗΣ. ΛΕΚΚΑΣ ΜΥΤΙΛΗΝΗ 2008

2 Τη διατριβή µου αφιερώνω στους γονείς µου 2

3 Ευχαριστίες Θα ήθελα να απευθύνω τις θερµές ευχαριστίες µου προς: τον Καθηγητή µου, κ. Θεµιστοκλή Λέκκα, για τη συνεχή επιστηµονική του καθοδήγηση, βοήθεια και συνεργασία σε όλα τα στάδια της ερευνητικής εργασίας, καθώς επίσης για την εµπιστοσύνη και την ανθρώπινη συµπαράσταση, τα µέλη της Τριµελούς και της Επταµελούς Εξεταστικής Επιτροπής για την επιστηµονική αξιολόγηση και καθοδήγηση τον κ. Κώστα Κουµενίδη, για την πολύτιµη συνεργασία του στο σχεδιασµό και την εκτέλεση του πειραµατικού µέρους της έρευνας, την κ. Νατάσα Νικολάου και κ. Σπύρο Γκολφινόπουλο για την επιστηµονική συνεργασία τους στις χηµικές αναλύσεις και την κ. Χριστίνα Μακρή για την επιστηµονική συνεργασία και πολύτιµη συνεχή συµπαράσταση σε όλα τα θέµατα και τα προβλήµατα που αντιµετώπισα. Επίσης, από την ΕΥ ΑΠ: τον κ. Φίλιππο Τζουµέρκα, ιευθυντή Ελέγχου Ποιότητας και Προστασίας Νερού της ΕΥ ΑΠ, για τη συνεχή συµπαράσταση και βοήθεια µε τις γνώσεις και την επιστηµονική του κατάρτιση στη µακρόχρονη αυτή έρευνα, τη χηµικό κ. ανάη Τσοροβά και τους χηµικούς κ.κ. Νίκο Μιχόπουλο και Χρήστο Αβαγιανό για την πολύτιµη βοήθεια και σηµαντική συµµετοχή στη διενέργεια των χηµικών αναλύσεων, τη βιολόγο ρα Γεωργία Βασιλαντωνοπούλου για την πολύτιµη συνεργασία της στο µικροβιολογικό έλεγχο του νερού, τον κ. Λεωνίδα Κουσουρή, Προϊστάµενο Υπηρεσίας Ελέγχου Ποιότητας Υδατος, την κ. Γιαννίνα Μαλικοπούλου, ιευθύντρια Επεξεργασίας Υδατος, την κ. Φωτεινή Γαζίδου, Προϊσταµένη ΜΕΝ Γαλατσίου και την κ. ήµητρα Κουµπάρου, Υπεύθυνη Λειτουργίας ιϋλιστηρίου Γαλατσίου για την επιστηµονική συνεργασία και βοήθεια στην έρευνά µας, όλο το προσωπικό της ΕΥ ΑΠ για τη βοήθεια και την κατανόηση που έδειξαν στα διάφορα προβλήµατα που κατά καιρούς παρουσιάστηκαν Τέλος, θα ήθελα να ευχαριστήσω τη µητέρα µου για τη συµπαράστασή της και όλους εκείνους που µε στήριξαν στη διάρκεια της εκπόνησης της διατριβής µου. 3

4 ΣΥΝΘΕΣΗ ΕΠΤΑΜΕΛΟΥΣ ΕΞΕΤΑΣΤΙΚΗΣ ΕΠΙΤΡΟΠΗΣ Ονοµατεπώνυµο Καθηγητή Βαθµίδα Τµήµα - Πανεπιστήµιο Θεµιστοκλής. Λέκκας (Επιβλέπων Καθηγητής- Μέλος τριµελούς επιτροπής) Καθηγητής Τµήµα Περιβάλλοντος Πανεπιστήµιο Αιγαίου Ευάγγελος Βουδριάς (Μέλος τριµελούς επιτροπής) Καθηγητής Τµήµα Μηχανικών Περιβάλλοντος ηµοκρίτειο Πανεπιστήµιο Θράκης Κωνσταντίνος Χαλβαδάκης (Μέλος τριµελούς επιτροπής) Καθηγητής Τµήµα Περιβάλλοντος Πανεπιστήµιο Αιγαίου ιονύσιος Ασηµακόπουλος Καθηγητής Τµήµα Χηµικών Μηχανικών Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Μαρία Κωστοπούλου - Καραντανέλλη Επίκουρη Καθηγήτρια Τµήµα Επιστηµών της Θάλασσας Πανεπιστήµιο Αιγαίου Σπύρος Γκολφινόπουλος Επίκουρος Καθηγητής Τµήµα Μηχανικών Οικονοµίας και ιοίκησης Πανεπιστήµιο Αιγαίου Αναστασία Νικολάου Λέκτορας Τµήµα Επιστηµών της Θάλασσας Πανεπιστήµιο Αιγαίου 4

5 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Ι ΑΚΤΟΡΙΚΗΣ ΙΑΤΡΙΒΗΣ Στόχος της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η µελέτη της αποµάκρυνσης από το πόσιµο νερό της Αθήνας των δύο µεγαλύτερων οµάδων των οργανικών παραπροϊόντων της χλωρίωσης του νερού, δηλ. των τριαλογονοπαραγώγων του µεθανίου (ΤΗΜs) και των αλογονοµένων οξικών οξέων (ΗΑΑs), αλλά και της διαλυµένης οργανικής ύλης (Dissolved Organic Carbon, DOC), µε τη διεργασία της προσρόφησης από κοκκώδη ενεργό άνθρακα (Granular Activated Carbon, GAC) σε πραγµατικές συνθήκες, είτε σε συνδυασµό µε τη διεργασία της διήθησης, είτε µετά από αυτήν. Πιο συγκεκριµένα, στόχος της έρευνας αυτής είναι ο προσδιορισµός και η αξιολόγηση της απόδοσης ως προς την αποµάκρυνση ΤΗΜs, HAAs και DOC από το πόσιµο νερό δύο τύπων GAC, εκ των οποίων ο µεν ένας χρησιµοποιείται ως προσροφητικό και ταυτόχρονα διηθητικό µέσο, ο δε άλλος ως προσροφητικό µέσο µετά το φίλτρο της άµµου. Στόχος, επίσης, είναι η σύγκριση των δύο παραπάνω µεθόδων ως προς την αποτελεσµατικότητά τους και η πρόβλεψη της απόδοσής τους στην περίπτωση εφαρµογής τους στη Μονάδα Επεξεργασίας Νερού Γαλατσίου (ΜΕΝΓ). Απώτερος στόχος είναι η αξιολόγηση της χρησιµότητας της προσθήκης της διεργασίας της προσρόφησης στην επεξεργασία του πόσιµου νερού της Αθήνας. Τα THMs και HAAs έχουν αποδειχθεί επικίνδυνα για την υγεία και ο περιορισµός τους στο πόσιµο νερό επιβάλλεται νοµοθετικά σε πολλές χώρες. Επίσης, η αποµάκρυνση των φυσικών οργανικών ουσιών (DOC), που αποτελούν την πρόδροµη ύλη σχηµατισµού τους είναι αναγκαία. Σύµφωνα µε τη διεθνή ερευνητική εµπειρία, τα ΤΗΜs, HAAs και µέρος του DOC προσροφούνται από τον ενεργό άνθρακα, ενώ τα ΗΑΑs και µέρος του DOC είναι βιοαποδοµήσιµα. H πειραµατική εργασία έγινε σε πιλοτική κλίµακα, επειδή µόνον αυτή µπορεί να δώσει την καλύτερη δυνατή προσέγγιση της απόδοσης µιάς µονάδας προσρόφησης µε GAC σε πραγµατικές συνθήκες. Πραγµατοποιήθηκαν δύο σειρές πειραµάτων µε το νερό της ΜΕΝ Γαλατσίου, στην Αθήνα. Η επιλογή των δύο διαφορετικών τύπων GAC έγινε µε βάση τη διεθνή εµπειρία, µε στόχο τη µεγαλύτερη πρακτική χρησιµότητα της πιλοτικής έρευνας. Και στις δύο σειρές πειραµάτων, η πιλοτική µονάδα GAC λειτουργούσε ως ταχύ φίλτρο βαρύτητας. Το βάθος κλίνης του άνθρακα ήταν περίπου το ίδιο, ενώ το µέσο µέγεθος κόκκων του άνθρακα και η ταχύτητα ροής του νερού ήταν µικρότερα στη Β σειρά πειραµάτων (προσρόφηση µετά τη διήθηση). Ο χρόνος επαφής κενής στήλης (EBCT) ήταν 9,5 min για την Α σειρά και 14 min για τη Β σειρά. Στην Α σειρά πειραµάτων (διήθηση-προσρόφηση), το φίλτρο GAC λειτουργούσε παράλληλα µε φίλτρο άµµου της ΕΥ ΑΠ, ενώ στη Β σειρά µετά από αυτό. Κατά τη διάρκεια λειτουργίας της πιλοτικής µονάδας, σε τακτά χρονικά 5

6 διαστήµατα, γίνονταν δειγµατοληψίες στην είσοδο, έξοδο και σε διάφορα βάθη του φίλτρου GAC, καθώς επίσης στην είσοδο και έξοδο του φίλτρου άµµου, που λειτουργούσε παράλληλα µε το φίλτρο GAC στην Α σειρά πειραµάτων. Mετρήθηκαν οι εξής παράµετροι: ΤΗΜs, HAAs, DOC, ελεύθερο υπολειµµατικό χλώριο, ιόντα βρωµίου, θολότητα, απορρόφηση υπεριώδους ακτινοβολίας στα 254 nm µετά από διήθηση (SOL-UV(254)-A), ph, θερµοκρασία. Επίσης µικροβιολογικές παράµετροι (ολικά κολοβακτηριοειδή, Ε-coli, εντερόκοκκοι, ετερότροφα βακτήρια) για ορισµένο χρονικό διάστηµα κατά την Α σειρά πειραµάτων. Η λειτουργία των φίλτρων GAC τερµατίστηκε όταν ελαττώθηκε σηµαντικά η αποµάκρυνση των ΤΗΜs, HAAs και DOC. Η διάρκεια πραγµατικής λειτουργίας της πιλοτικής µονάδας GAC ήταν περίπου 235 ηµέρες (156 κύκλοι διήθησης) για την Α σειρά και 638 ηµέρες (105 κύκλοι διήθησης) για τη Β σειρά πειραµάτων. Το φίλτρο GAC, είτε σε αντικατάσταση του φίλτρου άµµου, είτε µετά από αυτό, αποµάκρυνε τα THMs, HAAs και DOC από το νερό σε ικανοποιητικό βαθµό και για πρακτικά χρήσιµη χρονική περίοδο. Η δυναµικότητα του GAC στο σηµείο διαρροής αποδείχτηκε αρκετά µεγαλύτερη για το DOC σε σχέση µε τις άλλες οµάδες ουσιών, µικρότερη για τα ολικά ΗΑΑs (ΤΗΑΑs) και ακόµη µικρότερη για τα ολικά ΤΗΜs (ΤΤΗΜs). Η µεγαλύτερη αποτελεσµατικότητα του GAC ως προς την αποµάκρυνση του DOC σε σχέση µε τα µικρότερα µόρια των ΤΗΜs και HAAs (µε συγκέντρωση DOC επίσης µεγαλύτερη κατά δύο τάξεις µεγέθους) ήταν σύµφωνη µε τη σχετική βιβλιογραφία. Η αποµάκρυνση των ΤΗΜs και το µεγαλύτερο µέρος της αποµάκρυνσης των ΗΑΑs και του DOC πρέπει να αποδοθεί στην προσρόφηση από το GAC, ενώ η αποµάκρυνση µικρότερου µέρους των ΗΑΑs και του DOC µπορεί να αποδοθεί σε βιοαποδόµηση µέσα στην κλίνη του ενεργού άνθρακα, όπου η απουσία του χλωρίου ευνοεί την ανάπτυξη µικροβιακού πληθυσµού, όπως διαπιστώθηκε. Στην καλύτερη προσρόφηση και πιθανόν και τη βιοαποδόµηση αποδίδονται η µεγαλύτερη αποµάκρυνση του DOC σε σχέση µε ΤΗΜs και ΗΑΑs και των ΗΑΑs σε σχέση µε ΤΗΜs. Η διεργασία της προσρόφησης από GAC µετά τη διήθηση, όπως εφαρµόστηκε, αποδείχθηκε πιο αποτελεσµατική από τη διήθηση-προσρόφηση ως προς την αποµάκρυνση των ΤΤΗΜs, ΤHAAs και DOC. Αυτό αποδίδεται στα χαρακτηριστικά του GAC(B) και της διεργασίας της προσρόφησης µετά τη διήθηση που ευνοούν την προσρόφηση και τη βιοαποδόµηση, αλλά και στις µεγαλύτερες συγκεντρώσεις όλων των οµάδων ουσιών στο νερό εισόδου. Φαινόµενα εκρόφησης, ιδιαίτερα των πτητικών και ασθενώς προσροφούµενων ΤΗΜs, αλλά και των ΗΑΑs, παρουσιάστηκαν συχνότερα κατά τη διεργασία της προσρόφησης µετά τη διήθηση, κυρίως κοντά στα σηµεία κορεσµού ή διαρροής. Για την αποφυγή τους, επιβάλλεται συνεχής παρακολούθηση της συγκέντρωσης των ΤΗΜs και ΗΑΑs, αλλά και του DOC στο εξερχόµενο νερό και έγκαιρη διακοπή της λειτουργίας του φίλτρου GAC. 6

7 Η απορρόφηση του υπεριώδους φωτός (SOL-UV(254)-A) αποδείχθηκε χρήσιµη υποκατάστατη παράµετρος της συγκέντρωσης του DOC στο διηθηµένο νερό. Επιπροσθέτως, το φίλτρο GAC(A) αποµάκρυνε καλύτερα τη θολότητα από το νερό σε σύγκριση µε το φίλτρο άµµου και τους δείκτες απολύµανσης του νερού σχεδόν εξίσου ικανοποιητικά µε το φίλτρο άµµου. Η παρουσία µεγάλου αριθµού ετερότροφων βακτηρίων στο νερό εξόδου επιβεβαίωσε το φαινόµενο της βιοαποδόµησης οργανικών ουσιών µέσα στην κλίνη του ενεργού άνθρακα. Επισηµαίνεται η ανάγκη επαρκούς µεταχλωρίωσης του νερού µετά το φίλτρο GAC για την προστασία της δηµόσιας υγείας, αλλά και πρόσθετης διήθησης του νερού από υποκείµενο στρώµα άµµου ή άλλη διάταξη για την συγκράτησή της σκόνης άνθρακα. Για τη σύγκριση της απόδοσης των δύο διεργασιών ως προς την αποµάκρυνση των ΤΤΗΜs, THAAs και DOC έγινε θεωρητική ανάλυση µε εφαρµογή της ισόθερµης Freundlich και επεξεργασία των πειραµατικών δεδοµένων, κατά την οποία αφαιρέθηκε η επίδραση της διαφοράς των µέσων συγκεντρώσεων των ΤΤΗΜs, ΤHAAs και DOC στο νερό εισόδου GAC(A) και GAC(B). H θεωρητική πρόβλεψη µε την υπόθεση ίσων συγκεντρώσεων εισόδου έδειξε ότι η διεργασία της προσρόφησης µετά τη διήθηση στη ΜΕΝ Γαλατσίου αναµένεται να δώσει πολύ µεγαλύτερη δυναµικότητα και διάρκεια λειτουργίας του φίλτρου GAC(Β), καθώς επίσης και µεγαλύτερους όγκους νερού µέχρι τον κορεσµό του ως προς ΤΤΗΜs, THAAs και ιδιαίτερα DOC. Οικονοµοτεχνική ανάλυση έδειξε ότι η πρόσθετη επιβάρυνση του λειτουργικού κόστους παραγωγής του πόσιµου νερού είναι αρκετά χαµηλή και για τις δύο διεργασίες. Το προβλεπόµενο λειτουργικό κόστος του GAC στην περίπτωση της προσρόφησης µετά τη διήθηση είναι κατά 60 % µικρότερο του αντίστοιχου λειτουργικού κόστους στην περίπτωση της διήθησης-προσρόφησης. Επίσης, και για τις δύο διεργασίες, η θερµική αναγέννηση και επαναχρησιµοποίηση του GAC συνεπάγεται περίπου το µισό λειτουργικό κόστος σε σχέση µε την απόρριψή του µετά τη χρήση. 7

8 ABSTRACT The objective of the present work is to study the removal of the two main groups of chlorination by-products, trihalomethanes (THMs) and haloacetic acids (HAAs), as well as of dissolved organic matter (DOC) from drinking water by a granular activated carbon (GAC) filter-adsorber and postfilter-adsorber under real conditions. More specifically, the objective of this work is to determine and evaluate the performance of granular activated carbon as a filter-adsorber medium (GAC(A) and a postfilter-adsorber medium (GAC(B)) for the removal from Athens drinking water of THMs and HAAs, as well as of DOC, under real conditions. It is also to compare the efficiency of the two methods and to predict their performance in case of application in Galatsi water treatment plant (GWTP). The long term objective is to evaluate the usefulness of application of GAC adsorption process in Athens drinking water treatment. THMs and HAAs in drinking water have been proved dangerous for human health and have been regulated in many countries. In addition, the removal of natural organic compounds (DOC), which are their precursors is necessary. According to the international research experience, THMs, HAAs and a part of DOC are adsorbable by GAC, while HAAs and a part of DOC are biodegradable. The experimental work was carried out on a pilot scale, since it can only provide the best approximation to the real efficiency of a GAC adsorber. Two series of experiments were carried out with the water in Galatsi WTP, Athens. The choice of the two GAC types was based on international experience, so that the pilot research is more practically useful. In both series, the GAC pilot plant operated as a rapid gravity filter. The GAC bed depth was the same, while the mean carbon grain size and the water flow rate were lower for the postfilter-adsorber. The empty bed contact time was 9.5 min for the filter-adsorber and 14 min for the postfilter-adsorber. The GAC filter- adsorber operated in parallel with a full-scale sand filter. During the operation of the pilot plant at regular time intervals water samples were taken from the inlet, outlet and different depths of the GAC filter and from the inlet and outlet of the parallel operating sand filter in the A series. The parameters measured were: THMs, HAAs, DOC, free residual chlorine, bromide, turbidity, sol- UV-absorption at 254 nm, ph, temperature, as well as microbiological parameters (total coliforms, E-coli, enterococci, heterotrophic bacteria) for a period of A series. The operation of both GAC filters was stopped when the removal of the above groups of compounds was significantly reduced. The net operation time of the GAC 8

9 pilot filter-adsorber was 235 days (156 filter runs) and for the postfilter-adsorber 638 days (105 filter runs). The GAC as a filter-adsorber and a postfilter-adsorber medium removed from water THMs, HAAs and DOC to a satisfactory degree for a practically useful period of time. The GAC breakthrough capacity for DOC was proved quite higher than that for the other groups of compounds, lower for total -HAAs (THAAs) and even lower for total-thms (TTHMs). The higher GAC efficiency for the removal of DOC in comparison with that for the smaller molecules of THMs and HAAs (with a two-rank higher concentration of DOC) was in accordance with the relative literature. The removal of THMs and the most part of the removal of HAAs and DOC should be attributed to adsorption by GAC, while that of a smaller part of HAAs and DOC may be attributed to biodegradation in the filter bed, where dechlorination favours microbial growth, as was noticed. The higher removal of DOC than HAAs and THMs and the higher removal of HAAs than THMs are attributed to better adsorption and possibly biodegradation. The GAC postfilter-adsorber was proved to be more effective in the removal of TTHMs, THAAs and DOC than the GAC filter-adsorber. This fact is attributed to the characteristics of GAC(B) and the postfilter-adsorber operation, which favour adsorption and biodegradation, as well as to the higher influent concentrations of all groups to GAC(B). Desorption incidents, especially of volatile and weakly adsorbing THMs, as well as of HAAs, were observed more frequently during the postfilter-adsorber operation, mainly near the breakthrough or saturation points. Continuous monitoring of the concentration of individual THMs and HAAs species and also of DOC in effluent water and interruption of the operation of the GAC filter in due time is necessary to avoid desorption. The UV-absorption of filtered water at 254 nm (SOL-UV(254)-A) was proved to be a useful substitute parameter for the DOC content of water and can be used as an operational control parameter. In addition, the GAC filter-adsorber removed turbidity from water better than the sand filter and was almost equally effective as the sand filter for the removal of microorganisms of sanitary significance. The presence of a large number of heterotrophic bacteria in GAC effluent water confirmed the phenomenon of biodegradation of organics in the GAC bed. Sufficient postchlorination of GAC effluent water is necessary for the protection of public health, as well as additional sand filtration of GAC effluent water or other system for the retention of carbon fines. For the comparison of the adsorption efficiency of the GAC filter-adsorber and postfilter-adsorber, theoretical analysis of experimental results with the use of the Freundlich isotherm was applied, in which the impact of the difference between the 9

10 feed concentrations of TTHMs, THAAs and DOC to the two GAC-adsorbers was subtracted. Under the hypothesis of equal influent concentrations to both GAC adsorbers, it was theoretically predicted that the GAC postfilter-adsorber in Galatsi WTP is expected to give much higher capacity, longer operation times and higher volumes of processed water until saturation for TTHMs, THAAs and especially DOC. Technicoeconomical analysis showed that the additional operational cost of the production of the drinking water in GWTP was low for both operations. The predicted operational cost of the GAC postfilter-adsorber was 60 % lower than that of the GAC filter-adsorber. Also, in both cases, GAC thermal reactivation was found to be half costly than rejection after use. 10

11 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ...3 ΣΥΝΘΕΣΗ ΕΠΤΑΜΕΛΟΥΣ ΕΞΕΤΑΣΤΙΚΗΣ ΕΠΙΤΡΟΠΗΣ...4 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Ι ΑΚΤΟΡΙΚΗΣ ΙΑΤΡΙΒΗΣ...5 ABSTRACT...8 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ...11 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΠΙΝΑΚΩΝ ΚΕΙΜΕΝΟΥ...17 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΣΧΗΜΑΤΩΝ ΚΕΙΜΕΝΟΥ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΠΟΙΟΤΗΤΑ ΠΟΣΙΜΟΥ ΝΕΡΟΥ Γενικά Παράµετροι ποιότητας του νερού Κυριότερες παράµετροι ποιότητας του πόσιµου νερού Υποκατάστατες παράµετροι ποιότητας ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΤΟΥ ΠΟΣΙΜΟΥ ΝΕΡΟΥ ΟΡΓΑΝΙΚΑ ΠΑΡΑΠΡΟΪΟΝΤΑ ΧΛΩΡΙΩΣΗΣ ΤΟΥ ΝΕΡΟΥ Ιστορία Επιδράσεις των οργανικών παραπροϊόντων της χλωρίωσης του νερού στην υγεία.41 α) Επιδράσεις των ΤΗΜs στην υγεία...44 β) Επιδράσεις των ΗΑΑs στην υγεία Νοµοθετικές ρυθµίσεις συγκέντρωσης των οργανικών παραπροϊόντων της χλωρίωσης στο πόσιµο νερό

12 4.4 Ιδιότητες των ΤΗΜs και HAAs Η χηµεία του σχηµατισµού των οργανικών παραπροϊόντων της χλωρίωσης Στρατηγικές για τον έλεγχο ΤΗΜs και HAAs H συµβολή της επεξεργασίας του νερού στην ελάττωση του κινδύνου καρκινογένεσης Ανίχνευση των οργανικών παραπροϊόντων χλωρίωσης στο πόσιµο νερό της Αθήνας ΠΡΟΣΡΟΦΗΣΗ ΟΡΓΑΝΙΚΩΝ ΟΥΣΙΩΝ Γενικά Θεωρία της προσρόφησης Ισορροπία της προσρόφησης Παράγοντες που επηρεάζουν την ισορροπία της προσρόφησης Ανταγωνιστική προσρόφηση Εκρόφηση Κινητική της προσρόφησης Ζώνη µεταφοράς µάζας και καµπύλη διαρροής σε στήλη προσρόφησης Απόδοση προσρόφησης ΕΝΕΡΓΟΣ ΑΝΘΡΑΚΑΣ- ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΣΤΗΝ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΤΟΥ ΝΕΡΟΥ Παραγωγή και αναγέννηση του ενεργού άνθρακα Χαρακτηριστικά του ενεργού άνθρακα Συστήµατα προσρόφησης µε ενεργό άνθρακα Κοκκώδης ενεργός άνθρακας (GAC) Παράµετροι που επηρεάζουν τον σχεδιασµό των συστηµάτων προσρόφησης GAC Πρόβλεψη της απόδοσης των µονάδων προσρόφησης µε GAC Σύγκριση απόδοσης στηλών GAC διήθησης- προσρόφησης και προσρόφησης µετά την διήθηση Εφαρµογές GAC στην επεξεργασία του πόσιµου νερού Σκόνη ενεργού άνθρακα (PAC)

13 6.5.1 Συστήµατα προσρόφησης µε σκόνη ενεργού άνθρακα Εφαρµογή της σκόνης του ενεργού άνθρακα Aπόδοση συστηµάτων σκόνης ενεργού άνθρακα ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΓΕΝΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΓΙΑ ΤΟ ΕΡΕΥΝΗΤΙΚΟ ΕΡΓΟ ΚΑΙ ΤΗΝ ΠΙΛΟΤΙΚΗ ΜΟΝΑ Α Σύντοµη εισαγωγή Η µονάδα επεξεργασίας πόσιµου νερού Γαλατσίου Περιγραφή της πιλοτικής µονάδας ενεργού άνθρακα Α ΣΕΙΡΑ ΠΙΛΟΤΙΚΩΝ ΠΕΙΡΑΜΑΤΩΝ ΙΗΘΗΣΗΣ-ΠΡΟΣΡΟΦΗΣΗΣ ΑΠΟ ΚΟΚΚΩ Η ΕΝΕΡΓΟ ΑΝΘΡΑΚΑ Πειραµατική διαδικασία ειγµατοληψία και προετοιµασία δειγµάτων Αναλύσεις δειγµάτων: παράµετροι και µέθοδοι µέτρησης Μέτρηση µικροβιολογικών παραµέτρων Πειραµατικά αποτελέσµατα. Παρατηρήσεις και συµπεράσµατα Μετρήσεις φυσικοχηµικών παραµέτρων Συµπεράσµατα σχετικά µε τη διήθηση Αποτελέσµατα αναλύσεων ως προς ΤΗΜs, HAAs και DOC Συσχετίσεις µεταξύ ΤΤΗΜs, THAAs και DOC στο νερό εισόδου GAC. Επίδραση της θερµοκρασίας στις συγκεντρώσεις Συσχέτιση της απορρόφησης υπεριώδους ακτινοβολίας µε τη διαλυµένη οργανική ύλη Καµπύλες διαρροής ΤΤΗΜs, THAAs και DOC. Συµπεράσµατα Σύγκριση της απόδοσης του φίλτρου GAC(Α) ως προς ΤΤΗΜs, THAAs και DOC Πότε πρέπει να διακόπτεται η λειτουργία του φίλτρου GAC(Α) Τελικά αποτελέσµατα από την Α σειρά διήθησης-προσρόφησης από GAC Μικροβιολογική ποιότητα του νερού εισόδου και εξόδου των φίλτρων GAC(Α) και άµµου Συµπεράσµατα από την Α Σειρά Πειραµάτων (διήθησης-προσρόφησης)

14 9. Β ΣΕΙΡΑ ΠΙΛΟΤΙΚΩΝ ΠΕΙΡΑΜΑΤΩΝ ΠΡΟΣΡΟΦΗΣΗΣ ΑΠΟ ΚΟΚΚΩ Η ΕΝΕΡΓΟ ΑΝΘΡΑΚΑ ΜΕΤΑ ΤΗ ΙΗΘΗΣΗ Λειτουργία της Πιλοτικής Μονάδας GAC Πειραµατική διαδικασία ειγµατοληψία και προετοιµασία δειγµάτων Αναλύσεις δειγµάτων: Παράµετροι, Μέθοδοι µέτρησης Πειραµατικά αποτελέσµατα. Παρατηρήσεις και συµπεράσµατα Μετρήσεις φυσικοχηµικών παραµέτρων Συµπεράσµατα σχετικά µε τη διήθηση Αποτελέσµατα αναλύσεων ως προς ΤΗΜs, HAAs και DOC Συσχετίσεις ΤΤΗΜs, THAAs και DOC στο πόσιµο νερό της ΕΥ ΑΠ. Επίδραση της θερµοκρασίας στις συγκεντρώσεις Συσχέτιση της απορρόφησης υπεριώδους ακτινοβολίας µε τη διαλυµένη οργανική ύλη Καµπύλες διαρροής ΤΤΗΜs, THAAs και DOC. Συµπεράσµατα Σύγκριση της απόδοσης του φίλτρου GAC(Β) ως προς ΤΤΗΜs, THAAs και DOC Πότε πρέπει να διακόπτεται η λειτουργία του φίλτρου GAC(Β) Τελικά αποτελέσµατα από τον κύκλο προσρόφησης µετά τη διήθηση Συµπεράσµατα από τη Β σειρά πειραµάτων (προσρόφησης µετά τη διήθηση) ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΚΑΙ ΣΥΖΗΤΗΣΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΩΝ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ Συγκριτικά αποτελέσµατα των διεργασιών διήθησης προσρόφησης και προσρόφησης µετά τη διήθηση ως προς ΤΗΜs, HAAs και DOC Συσχέτιση Freundlich: Πρόβλεψη της απόδοσης της προσρόφησης Σύγκριση της απόδοσης προσρόφησης των δύο φίλτρων GAC Παράµετροι λειτουργίας συστηµάτων GAC Υπολογισµοί µε βάση την ογκοµετρική παροχή, την ταχύτητα ροής και το βάθος κλίνης των φίλτρων GAC Mήκος ζώνης µεταφοράς µάζας L ΜΤΖ και συγκεντρώσεις εισόδου C o, εξόδου C και διαρροής C b Σχετικά πειραµατικά ευρήµατα

15 10.5. Εφαρµογή της διεργασίας της προσρόφησης από GAC στη ΜΕΝ Γαλατσίου Πρόβλεψη απόδοσης προσρόφησης και διάρκειας λειτουργίας συστηµάτων GAC διήθησης-προσρόφησης και προσρόφησης µετά τη διήθηση στη ΜΕΝ Γαλατσίου Οικονοµοτεχνική µελέτη εφαρµογής του GAC στην επεξεργασία του πόσιµου νερού Ο ενεργός άνθρακας απορρίπτεται µετά τη χρήση Ο ενεργός άνθρακας αναγεννάται και επαναχρησιµοποιείται Σύγκριση λειτουργικού κόστους GAC για τις διεργασίες διήθησης-προσρόφησης και προσρόφησης µετά τη διήθηση ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Συµπεράσµατα από τα πειραµατικά στοιχεία για διαφορετικές συγκεντρώσεις εισόδου ΤΤΗΜs, THAAs και DOC στις δύο διεργασίες Συµπεράσµατα από τη θεωρητική σύγκριση της απόδοσης των δύο διεργασιών γιά ίσες αντίστοιχες συγκεντρώσεις εισόδου των TΤΗΜs, THAAs και DOC Συµπεράσµατα από τη σύγκριση του λειτουργικού κόστους των δύο διεργασιών κατά την εφαρµογή τους στη ΜΕΝ Γαλατσίου ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ Προτάσεις για τη βελτίωση της ποιότητας του πόσιµου νερού της Αθήνας Προτάσεις για τη συνέχιση του ερευνητικού έργου ΣΥΝΤΟΜΟΓΡΑΦΙΕΣ ΟΡΟΛΟΓΙΑ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ ΗΜΟΣΙΕΥΣΕΙΣ ΠΑΡΑΡΤΗΜΑΤΑ ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Ι : Α ΣΕΙΡΑ ΠΕΙΡΑΜΑΤΩΝ

16 MΕΡΟΣ 1 ο : ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΠΡΟΣΡΟΦΗΣΗΣ MΕΡΟΣ 2 ο : ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΙΗΘΗΣΗΣ ΜΕΡΟΣ 3 ο : ΜΙΚΡΟΒΙΟΛΟΓΙΚΗ ΠΟΙΟΤΗΤΑ ΤΟΥ ΝΕΡΟΥ ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ ΙΙ : Β ΣΕΙΡΑ ΠΕΙΡΑΜΑΤΩΝ ΜΕΡΟΣ 1 ο : ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΠΡΟΣΡΟΦΗΣΗΣ ΜΕΡΟΣ 2 ο : ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΙΗΘΗΣΗΣ ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ ΙΙΙ : ΣΥΣΧΕΤΙΣΕΙΣ FREUNDLICH ΜΕΡΟΣ 1 ο : Α ΣΕΙΡΑ ΠΕΙΡΑΜΑΤΩΝ α. Συσχέτιση ΤTHMs β. Συσχέτιση THAAs γ. Συσχέτιση DOC ΜΕΡΟΣ 2 ο : Β ΣΕΙΡΑ ΠΕΙΡΑΜΑΤΩΝ α. Συσχέτιση ΤTHMs β. Συσχέτιση THAAs γ. Συσχέτιση DOC ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ ΙV: TTHMS, THAAS, DOC ΣΥΝΑΡΤΗΣΕΙ ΒΑΘΟΥΣ ΦΙΛΤΡΟΥ GAC ΜΕΡΟΣ 1 ο : Α ΣΕΙΡΑ ΠΕΙΡΑΜΑΤΩΝ α. ΤTHMs συναρτήσει βάθους φίλτρου GAC β. THAAs συναρτήσει βάθους φίλτρου GAC γ. DOC συναρτήσει βάθους φίλτρου GAC ΜΕΡΟΣ 2 ο : Β ΣΕΙΡΑ ΠΕΙΡΑΜΑΤΩΝ α. ΤTHMs συναρτήσει βάθους φίλτρου GAC β. THAAs συναρτήσει βάθους φίλτρου GAC γ. DOC συναρτήσει βάθους φίλτρου GAC

17 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΠΙΝΑΚΩΝ ΚΕΙΜΕΝΟΥ ΠΙΝΑΚΑΣ 4.1: Οµάδες καρκινογόνων και τοξική / µεταλλαξιογόνoς δράση των DBPs ΠΙΝΑΚΑΣ 4.2: Μέγιστα επιτρεπόµενα όρια παραπροϊόντων χλωρίωσης και µέσων απολύµανσης στις ΗΠΑ ΠΙΝΑΚΑΣ 4.3: Μέγιστα επιτρεπτά όρια THMs and HAAs για το πόσιµο νερό ΠΙΝΑΚΑΣ 4.4: Φυσικές ιδιότητες των THMs ΠΙΝΑΚΑΣ 4.5: Φυσικές ιδιότητες των ΗΑΑs ΠΙΝΑΚΑΣ 6.1: Αποτελέσµατα ισοθέρµων για ΤΗΜs και HAAs ΠΙΝΑΚΑΣ 6.2 : ιάρκεια της λειτουργίας φίλτρου GAC για τον έλεγχο των ΤΤΗΜs ΠΙΝΑΚΑΣ 8.1: Χαρακτηριστικά του GAC της Α σειράς πειραµάτων ΠΙΝΑΚΑΣ 8.2: Χαρακτηριστικά της άµµου της Α σειράς πειραµάτων ΠΙΝΑΚΑΣ 8.3: Κύκλοι δειγµατοληψίας και διήθησης στην Α σειρά πειραµάτων ΠΙΝΑΚΑΣ 8.4: Παράµετροι που µετρήθηκαν στην Α σειρά πειραµάτων και αντίστοιχες µέθοδοι ΠΙΝΑΚΑΣ 8.5: Ορια ανίχνευσης ΤΗΜs (LLE µε BTBE-GC-ECD) ΠΙΝΑΚΑΣ 8.6 : Ορια ανίχνευσης ΗΑΑs (LLE -εστεροποίηση µε µεθανόλη σε όξινο περιβάλλον-gc-ecd) ΠΙΝΑΚΑΣ 8.7: Μικροβιολογικές παράµετροι που µετρήθηκαν στην Α σειρά πειραµάτων και αντίστοιχες µέθοδοι ΠΙΝΑΚΑΣ 8.8 : ph και µέση θολότητα του νερού εισόδου και εξόδου των φίλτρων GAC(Α) και άµµου ΠΙΝΑΚΑΣ 8.9 : Θερµοκρασία, ελεύθερο υπολειµµατικό χλώριο και ιόντα βρωµίου στο νερό εισόδου και εξόδου φίλτρων GAC(Α) και άµµου ΠΙΝΑΚΑΣ 8.10 : Ταχύτητα ροής και ανάπτυξη πτώσης πίεσης κατά µήκος των φίλτρων GAC(Α) και άµµου ΠΙΝΑΚΑΣ 8.11: ΤΤΗΜs και THAAs στο νερό εισόδου και εξόδου των φίλτρων GAC και άµµου στην Α σειρά πειραµάτων (διήθηση-προσρόφηση) ΠΙΝΑΚΑΣ 8.12: DOC και SOL-UV(254)-A στο νερό εισόδου και εξόδου των φίλτρων GAC και άµµου στην Α σειρά πειραµάτων (διήθηση-προσρόφηση) ΠΙΝΑΚΑΣ 8.13: % Αποµάκρυνση ΤΤΗΜs, THAAs, DOC και µείωση SOL-UV (254)-A στο νερό κατά την Α σειρά πειραµάτων (διήθηση-προσρόφηση από GAC) ΠΙΝΑΚΑΣ 8.14: Συνολική αποµάκρυνση µάζας ΤΤΗΜs, THAAs και DOC από το νερό κατά την Α σειρά πειραµάτων (διήθηση-προσρόφηση από GAC) ΠΙΝΑΚΑΣ 8.15 : Συνολική προσροφηθείσα και εκροφηθείσα µάζα ΤΤΗΜs στην Α σειρά πειραµάτων (διήθηση-προσρόφηση από GAC) ΠΙΝΑΚΑΣ 8.16: Συγκριτικά αποτελέσµατα ως προς την αποµάκρυνση ΤΤΗΜs, THAAs και DOC µέχρι τη διαρροή κατά την Α σειρά πειραµάτων (διήθηση-προσρόφηση από GAC) ΠΙΝΑΚΑΣ 8.17: Mείωση της αξιοποιούµενης απόδοσης του φίλτρου GAC µε τη διακοπή της λειτουργίας του φίλτρου GAC νωρίτερα από τα σηµεία διαρροής των ΤΤΗΜs, THAAs και DOC στην Α σειρά πειραµάτων ΠΙΝΑΚΑΣ 8.18: Τελικά αποτελέσµατα από την Α σειρά πειραµάτων (διήθησηπροσρόφηση από GAC) ΠΙΝΑΚΑΣ 9.1: Χαρακτηριστικά του GAC της Β σειράς πειραµάτων 17

18 ΠΙΝΑΚΑΣ 9.2 : Κύκλοι δειγµατοληψίας και διήθησης στη Β σειρά πειραµάτων ΠΙΝΑΚΑΣ 9.3 : Θερµοκρασία, ph, θολότητα του νερού εισόδου και εξόδου του φίλτρου GAC(Β) ΠΙΝΑΚΑΣ 9.4: Ελεύθερο υπολειµµατικό χλώριο και ιόντα βρωµίου στο νερό εισόδου και εξόδου του φίλτρου GAC(Β) ΠΙΝΑΚΑΣ 9.5: Aνάπτυξη πτώσης πίεσης κατά µήκος του φίλτρου GAC(Β) ΠΙΝΑΚΑΣ 9.6: ΤΤΗΜs και THAAs στο νερό εισόδου και εξόδου από το φίλτρο GAC στη Β σειρά πειραµάτων (προσρόφηση µετά τη διήθηση) ΠINAKAΣ 9.7: DOC και SOL-UV(254)-A στο νερό εισόδου και εξόδου από το φίλτρο GAC στη Β σειρά πειραµάτων (προσρόφηση µετά τη διήθηση) ΠΙΝΑΚΑΣ 9.8: % Αποµάκρυνση ΤΤΗΜs, THAAs, DOC και µείωση SOL-UV (254)-A στο νερό κατά τη Β σειρά πειραµάτων (προσρόφηση από GAC µετά τη διήθηση) ΠΙΝΑΚΑΣ 9.9 : Συνολική αποµάκρυνση µάζας ΤΤΗΜs, THAAs, DOC από το νερό κατά τη Β σειρά πειραµάτων (προσρόφηση από GAC µετά τη διήθηση) ΠΙΝΑΚΑΣ 9.10 : Συνολική προσροφηθείσα και εκροφηθείσα µάζα ΤΤΗΜs στη Β σειρά πειραµάτων (προσρόφηση από GAC µετά τη διήθηση) ΠΙΝΑΚΑΣ 9.11: Συγκριτικά αποτελέσµατα ως προς την αποµάκρυνση ΤΤΗΜs, THAAs και DOC µέχρι τη διαρροή κατά τη Β σειρά πειραµάτων (προσρόφηση από GAC µετά τη διήθηση) ΠΙΝΑΚΑΣ 9.12: Mείωση της αξιοποιούµενης απόδοσης του φίλτρου GAC µε τη διακοπή της λειτουργίας του φίλτρου GAC νωρίτερα από τα σηµεία διαρροής των ΤΤΗΜs, THAAs και DOC στη Β σειρά πειραµάτων ΠΙΝΑΚΑΣ 9.13: Τελικά αποτελέσµατα από τη Β σειρά πειραµάτων (προσρόφηση από GAC µετά τη διήθηση) ΠΙΝΑΚΑΣ 10.1: Σύγκριση απόδοσης των διεργασιών διήθησης-προσρόφησης και προσρόφησης µετά τη διήθηση έως τη διαρροή ΤΤΗΜs, THAAs και DOC ΠΙΝΑΚΑΣ 10.2: Σύγκριση απόδοσης των διεργασιών διήθησης-προσρόφησης και προσρόφησης µετά τη διήθηση έως τη διακοπή της λειτουργίας του φίλτρου GAC στο σηµείο διαρροής των ΤΤΗΜs ΠΙΝΑΚΑΣ 10.3: Σύγκριση απόδοσης των διεργασιών διήθησης-προσρόφησης και προσρόφησης µετά τη διήθηση µέχρι το προτεινόµενο σηµείο διακοπής της λειτουργίας του φίλτρου GAC ΠΙΝΑΚΑΣ 10.4: Σύγκριση φίλτρων GAC(Α) και GAC(B) ως προς την αποµάκρυνση της θολότητας ΠΙΝΑΚΑΣ 10.5: Σταθερές a και b της ισόθερµης Freundlich για την προσρόφηση ΤΤΗΜs, THAAs και DOC από GAC(Α) και GAC(B) ΠΙΝΑΚΑΣ 10.6: Υπολογισµός µε βάση τις ισόθερµες Freundlich της µάζας GAC που απαιτήθηκε στις δύο σειρές πειραµάτων έως τη διαρροή ΠΙΝΑΚΑΣ 10.7: Υπολογισµός συγκεντρώσεων κορεσµού του ενεργού άνθρακα ως προς ΤΤΗΜs, THAAs και DOC κατά τη διήθηση-προσρόφηση και προσρόφηση µετά τη διήθηση γιά ίσες συγκεντρώσεις εισόδου ΠΙΝΑΚΑΣ 10.8: Υπολογισµός συγκεντρώσεων ισορροπίας του GAC(A) και GAC(B) για ίσες αντίστοιχα συγκεντρώσεις εισόδου ΤΤΗΜs και ΤΗΑΑs ΠΙΝΑΚΑΣ 10.9: Πρόβλεψη των χρόνων λειτουργίας και όγκων νερού που µπορούν να επεξεργάζονται τα πραγµατικά φίλτρα GAC στο ΜΕΝ Γαλατσίου µέχρι τον κορεσµό ως 18

19 προς ΤΤΗΜs, THAAs και DOC ΠΙΝΑΚΑΣ 10.10: Τρέχουσες τιµές αγοράς ενεργού άνθρακα (τιµές 2006) ΠΙΝΑΚΑΣ 10.11: Ανάλυση συνολικού κόστους αναγέννησης GAC για τις διεργασίες διήθησης-προσρόφησης και προσρόφησης µετά τη διήθηση ΠΙΝΑΚΑΣ 10.12: Σύγκριση λειτουργικού κόστους GAC για τις διεργασίες διήθησηςπροσρόφησης και προσρόφησης µετά τη διήθηση ΠΙΝΑΚΑΣ 12.1: Στιγµιαίες συγκεντρώσεις ΤΤΗΜs, THAAs, DOC στο νερό τροφοδοσίας των φίλτρων GAC(A) και GAC(B) 19

20 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΣΧΗΜΑΤΩΝ ΚΕΙΜΕΝΟΥ Σχήµα 3.1: Σχηµατική παράσταση συµβατικής µονάδας επεξεργασίας επιφανειακού νερού Σχήµα 5.1: Τυπικές ισόθερµες Σχήµα 5.2: Μεταφορά µάζας σε στήλη προσρόφησης (α) Στήλη µε διάχυτη ζώνη µεταφοράς µάζας (β) Στήλη µε διακεκριµένο µέτωπο µεταφοράς µάζας Σχήµα 5.3: Σχηµατική αναπαράσταση της κίνησης της ΖΜΜ και της αντίστοιχης καµπύλης προσρόφησης Σχήµα 5.4: Καµπύλη διαρροής στήλης προσρόφησης Σχήµα 5.5: Επίδραση της βιοδιάσπασης και της παρουσίας µη προσροφήσιµων ουσιών στις καµπύλες διαρροής Σχήµα 5.6 (α,β): Συγκεντρώσεις ισορροπίας (α) µέσα στη στήλη προσροφητικού και (β) µέσα σε δοχείο ανάµιξης Σχήµα 5.7 (α,β): Καµπύλες διαρροής Σχήµα 5.8 (α,β): Μοντέλο για µη αντιστρεπτή προσρόφηση (α) πραγµατικό προφίλ (β) ιδανικό προφίλ Σχήµα 5.9: ιαγράµµατα συγκέντρωσης σε στήλη προσροφητικού µε γραµµική ισόθερµη Σχήµα 5.10: Καµπύλη διαρροής στεροειδούς συναρτήσει του χρόνου Σχήµα 6.1: Aποµάκρυνση TOC µε προσρόφηση από GAC Σχήµα 6.2: Σύγκριση της αποµάκρυνσης TOC µε διήθηση-προσρόφηση από GAC και προσρόφηση από GAC µετά τη διήθηση Σχήµα 6.3: Σύγκριση ποσότητας TOC που προσροφήθηκε άνα kg παρθένου GAC, µε προσρόφηση µετά τη διήθηση και διήθηση-προσρόφηση από GAC Σχήµα 6.4 : Βιοαποδόµηση HAAs σε νερό παρουσία βακτηρίων Σχήµα 6.5: Αποµάκρυνση των 5 HAAs κατά τη διάρκεια λειτουργίας στήλης νέου GAC Σχήµα 7.1: Πιλοτική µονάδα φίλτρου κοκκώδους ενεργού άνθρακα (GAC) Σχήµα 7.2: Μανόµετρα συνδεδεµένα σε διάφορα βάθη του φίλτρου GAC της πιλοτικής µονάδας Εικόνα 8.1: Πιλοτική µονάδα κοκκώδους ενεργού άνθρακα Εικόνα 8.2: Συµβατικό φίλτρο άµµου της ΕΥ ΑΠ (Παλαιά Μονάδα Γαλατσίου) Σχήµα 8.3: Θολότητα του νερού εισόδου και εξόδου των φίλτρων GAC(Α) και άµµου ίδιου βάθους Σχήµα 8.4: Σύγκριση της αποτελεσµατικότητας των φίλτρων GAC(Α) και άµµου ως προς την αποµάκρυνση της θολότητας του νερού Σχήµα 8.5: Μέση θολότητα του νερού εισόδου και εξόδου των φίλτρων GAC(Α) και άµµου ίδιου βάθους (70 cm) κατά τη διάρκεια λειτουργίας Σχήµα 8.6: Πτώση πίεσης συναρτήσει του βάθους κλίνης του φίλτρου GAC(Α) στην αρχή και στο τέλος ενός κύκλου διήθησης Σχήµα 8.7: Θολότητα του νερού συναρτήσει του βάθους κλίνης του φίλτρου GAC(Α) στην αρχή και στο τέλος ενός κύκλου διήθησης Σχήµα 8.8: ΤΤΗΜs και ΤΗΑΑs στο νερό εισόδου του φίλτρου GAC(Α) (νερό µετά την καθίζηση) Σχήµα 8.9: DOC στο νερό εισόδου του φίλτρου GAC(Α) (νερό µετά την καθίζηση) 20

21 Σχήµα 8.10: Καµπύλη συσχέτισης των ΤΤΗΜs µε τη θερµοκρασία στο νερό εισόδου του φίλτρου GAC(Α) (νερό µετά την καθίζηση) Σχήµα 8.11: Καµπύλη συσχέτισης του DOC µε τη θερµοκρασία στο νερό εισόδου του φίλτρου GAC(Α) (νερό µετά την καθίζηση) Σχήµα 8.12: Καµπύλη συσχέτισης ΤΤΗΜs µε DOC στο νερό εισόδου του φίλτρου GAC(Α) (νερό µετά την καθίζηση) Σχήµα 8.13: Καµπύλη συσχέτισης ΤΗΑΑs µε DOC στο νερό εισόδου του φίλτρου GAC(Α) (νερό µετά την καθίζηση) Σχήµα 8.14: Καµπύλη συσχέτισης ΤΤΗΜs + THAAs µε DOC στο νερό εισόδου του φίλτρου GAC(Α) (νερό µετά την καθίζηση) Σχήµα 8.15: Συσχέτιση DOC µε απορρόφηση υπεριώδους (SOL-UV (254)-A) Σχήµα 8.16: Καµπύλη συγκέντρωσης εισόδου GAC και διαρροής ΤΤΗΜs (διήθησηπροσρόφηση) Σχήµα 8.17: Καµπύλη συγκέντρωσης εισόδου GAC και διαρροής ΤΗΑΑs (διήθησηπροσρόφηση) Σχήµα 8.18: Καµπύλη συγκέντρωσης εισόδου GAC και διαρροής DOC (διήθησηπροσρόφηση) Σχήµα 8.19: % Αποµάκρυνση ΤΤΗΜs, THAAs και DOC κατά την Α σειρά πειραµάτων (διήθηση-προσρόφηση από GAC) Σχήµα 8.20: Συνολική αποµάκρυνση ΤΤΗΜs και THAAs ανά µονάδα µάζας άνθρακα κατά τη λειτουργία του φίλτρου GAC (διήθηση-προσρόφηση) Σχήµα 8.21: Συνολική αποµάκρυνση DOC ανά µονάδα µάζας άνθρακα κατά τη λειτουργία του φίλτρου GAC (διήθηση-προσρόφηση) Σχήµα 8.22 : Σύνολο δεικτών απολύµανσης (ολικών κολοβακτηριοειδών και εντεροκόκκων) στο νερό εισόδου και εξόδου των φίλτρων GAC(Α) και άµµου κατά τη θερµή περίοδο (µέση θερµοκρασία νερού 17 ο C) Σχήµα 8.23: Σύνολο δεικτών απολύµανσης (ολικών κολοβακτηριοειδών και εντεροκόκκων) στο νερό εισόδου και εξόδου των φίλτρων GAC(Α) και άµµου κατά τη θερµή περίοδο (µέση θερµοκρασία νερού 17 ο C) Σχήµα 8.24: Ετερότροφα βακτήρια (36 ο C) στο νερό εισόδου και εξόδου των φίλτρων GAC (Α) και άµµου κατά τη θερµή περίοδο (µέση θερµοκρασία νερού 17 ο C) Σχήµα 9.1: Θολότητα τελικού πόσιµου νερού πριν και µετά τη διήθηση από το φίλτρο GAC(Β) Σχήµα 9.2: Θολότητα τελικού πόσιµου νερού πριν και µετά τη διήθηση από το φίλτρο GAC(Β) κατά τη διάρκεια της λειτουργίας του Σχήµα 9.3: Πτώση πίεσης συναρτήσει του βάθους κλίνης του φίλτρου GAC(Β) στην αρχή και στο τέλος ενός κύκλου διήθησης Σχήµα 9.4: Θολότητα του νερού συναρτήσει του βάθους κλίνης του φίλτρου GAC(Β) στην αρχή ενός κύκλου διήθησης Σχήµα 9.5: ΤΤΗΜs και ΤΗΑΑs στο πόσιµο νερό της ΕΥ ΑΠ Σχήµα 9.6: DOC στο πόσιµο νερό της ΕΥ ΑΠ Σχήµα 9.7: Καµπύλη συσχέτισης ΤΗΑΑs µε DOC στο πόσιµο νερό της ΕΥ ΑΠ Σχήµα 9.8: Καµπύλη συσχέτισης ΤΤΗΜs + THAAs µε DOC στο πόσιµο νερό της ΕΥ ΑΠ Σχήµα 9.9: Συσχέτιση DOC µε απορρόφηση υπεριώδους (SOL-UV(254)-A) Σχήµα 9.10: Καµπύλη συγκέντρωσης εισόδου GAC και διαρροής ΤΤΗΜs (προσρόφηση µετά τη διήθηση) 21

22 Σχήµα 9.11: Καµπύλη συγκέντρωσης εισόδου GAC και διαρροής ΤΗΑΑs (προσρόφηση µετά τη διήθηση) Σχήµα 9.12: Καµπύλη συγκέντρωσης εισόδου GAC και διαρροής DOC (προσρόφηση µετά τη διήθηση) Σχήµα 9.13: % Αποµάκρυνση ΤΤΗΜs, THAAs και DOC κατά τη Β σειρά πειραµάτων (προσρόφησης από GAC µετά τη διήθηση) Σχήµα 9.14: Συνολική αποµάκρυνση ΤΤΗΜs και THAAs ανά µονάδα µάζας άνθρακα κατά τη λειτουργία του φίλτρου GAC (προσρόφηση µετά τη διήθηση) Σχήµα 9.15: Συνολική αποµάκρυνση DOC ανά µονάδα µάζας άνθρακα κατά τη λειτουργία του φίλτρου GAC (προσρόφηση µετά τη διήθηση) 22

23 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Οι ανάγκες επεξεργασίας του πόσιµου νερού γίνονται συνεχώς ευρύτερες. Το αρχικό φάσµα της µικροβιακής µόλυνσης υποχώρησε σηµαντικά µετά την εφαρµογή της χλωρίωσης από τις αρχές του 20ού αιώνα, αλλά και άλλων µεθόδων απολύµανσης σε µικρότερη έκταση. Κατά τις τελευταίες δεκαετίες, όµως, η απειλή από την ρύπανση των επιφανειακών και υπόγειων νερών εξ αιτίας βιοµηχανικών αποβλήτων, αστικών και αγροτικών απορροών και ατυχηµάτων µε συνέπεια τη διαρροή χηµικών ουσιών, συνεχώς εντείνεται. Η ανάπτυξη και η εξέλιξη σύγχρονων και πολύπλοκων τεχνικών ανάλυσης είχε ως αποτέλεσµα τον προσδιορισµό µεγάλου αριθµού οργανικών ρυπαντών σε ελάχιστες συγκεντρώσεις στα επιφανειακά και υπόγεια νερά. Επιπροσθέτως, ανακαλύφθηκε και ένας σηµαντικός κίνδυνος για την ανθρώπινη υγεία που προέρχεται από την ίδια την επεξεργασία του πόσιµου νερού: τα παραπροϊόντα της απολύµανσης του νερού. Η επίδραση του µέσου απολύµανσης, ιδιαίτερα του χλωρίου, στη φυσική οργανική ύλη που περιέχεται στο νερό έχει ως αποτέλεσµα τον σχηµατισµό διαφόρων οργανικών παραπροϊόντων, ορισµένα από τα οποία αποδείχθηκαν ιδιαίτερα επιβλαβή για την υγεία. Το πρόβληµα των τριαλογονοµένων παραγώγων του µεθανίου (THMs), των αλογονοµένων οξικών οξέων (ΗΑΑs), αλλά και άλλων παραπροϊόντων µε καρκινογόνο ή άλλου είδους επίδραση στον ανθρώπινο οργανισµό ανέκυψε στα µέσα της δεκαετίας του Οι ανακαλύψεις αυτές οδήγησαν σταδιακά τις ανεπτυγµένες χώρες στην νοµοθετική ρύθµιση της ποιότητας του πόσιµου νερού µε την επιβολή όλο και αυστηρότερων ανώτατων ορίων συγκέντρωσης στο πόσιµο νερό των αποδεδειγµένα επιβλαβών ουσιών. Επίσης είχαν ως αποτέλεσµα την συγκέντρωση των ερευνητικών προσπαθειών προς την κατεύθυνση της µεγαλύτερης διερεύνησης των επιπτώσεων των ουσιών αυτών στην υγεία, αλλά και της ελαχιστοποίησης του κινδύνου αυτού, µε την εφαρµογή τροποποιήσεων ή και νέων µεθόδων στην επεξεργασία του πόσιµου νερού. Είναι πλέον αναµφισβήτητη η ανάγκη δηµιουργίας κάποιου προστατευτικού φράγµατος από τις µονάδες ύδρευσης έναντι του κινδύνου της ρύπανσης από συνθετικές οργανικές ουσίες, αλλά και από τα ίδια τα παραπροϊόντα της χλωρίωσης του νερού. Σε πολλές περιπτώσεις, ο κοκκώδης ενεργός άνθρακας αποτελεί την λύση των προβληµάτων. Η ικανότητα προσρόφησης µεγάλου εύρους διαλυµένων οργανικών ουσιών που παρουσιάζει και η δυνατότητα αναγέννησής του τον έχουν καθιερώσει ως την πιο αποτελεσµατική µέθοδο σε πολλές περιπτώσεις. Επίσης, η δυνατότητα ταυτόχρονης χρήσης του ως διηθητικού µέσου για την αποµάκρυνση αιωρουµένων σωµατιδίων από το νερό µπορεί να προσφέρει πρόσθετα πλεονεκτήµατα. Επιπροσθέτως, η χρήση της σκόνης του ενεργού άνθρακα κατά περίπτωση µπορεί να παρουσιάζει κάποια πλεονεκτήµατα. 23

24 Στόχος της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η µελέτη της αποµάκρυνσης από το νερό της Αθήνας που προορίζεται για πόσιµο των δύο µεγαλύτερων οµάδων των οργανικών παραπροϊόντων της χλωρίωσης του νερού, δηλ. των τριαλογονοπαραγώγων του µεθανίου (ΤΗΜs) και των αλογονοµένων οξικών οξέων (ΗΑΑs), αλλά και της διαλυµένης οργανικής ύλης (Dissolved Organic Carbon, DOC), µε τη διεργασία της προσρόφησης από κοκκώδη ενεργό άνθρακα (Granular Activated Carbon, GAC) σε πραγµατικές συνθήκες, είτε σε συνδυασµό µε τη διεργασία της διήθησης, είτε µετά από αυτήν. Πιο συγκεκριµένα, στόχος της έρευνας αυτής είναι ο προσδιορισµός και η αξιολόγηση της απόδοσης ως προς την αποµάκρυνση ΤΗΜs, HAAs και DOC από το πόσιµο νερό δύο τύπων GAC, εκ των οποίων ο µεν ένας χρησιµοποιείται ως προσροφητικό και ταυτόχρονα διηθητικό µέσο, ο δε άλλος ως προσροφητικό µέσο µετά το φίλτρο της άµµου. Στόχος, επίσης, είναι η σύγκριση των δύο παραπάνω µεθόδων ως προς την αποτελεσµατικότητά τους και η πρόβλεψη της απόδοσής τους στην περίπτωση εφαρµογής τους στη Μονάδα Επεξεργασίας Νερού Γαλατσίου (ΜΕΝΓ), όπου πραγµατοποιήθηκε η έρευνα. Επιδιώκεται παράλληλα η εκτίµηση της αποτελεσµατικότητας του ενεργού άνθρακα ως διηθητικού µέσου σε σύγκριση µε την άµµο ως προς την αποµάκρυνση των αιωρουµένων σωµατιδίων και των παθογόνων µικροοργανισµών από το νερό. Απώτερος στόχος είναι η αξιολόγηση της χρησιµότητας της προσθήκης της διεργασίας της προσρόφησης στην επεξεργασία του πόσιµου νερού της Αθήνας. Η πειραµατική εργασία διεξήχθη στο νερό του συστήµατος ύδρευσης της περιοχής των Αθηνών, που είναι το µεγαλύτερο σύστηµα ύδρευσης της χώρας. Η πρωτοτυπία της συγκεκριµένης έρευνας σε διεθνές επίπεδο έγκειται στην πιλοτική µελέτη της αποµάκρυνσης των 9 ΗΑΑs, αλλά και της ταυτόχρονης αποµάκρυνσης των 4 THMs, 9 HAAs, και του DOC από το νερό µε κοκκώδη ενεργό άνθρακα (GAC) σε πραγµατικές συνθήκες. Πρωτοτυπία, επίσης, παρουσιάζει η µέθοδος σύγκρισης των δύο διαφορετικών τρόπων εφαρµογής του GAC ως προς την αποµάκρυνση των παραπάνω ουσιών. Επιπλέον, είναι η πρώτη σχετική εργασία που γίνεται για την επεξεργασία µε προσρόφηση από GAC του πόσιµου νερού της Αθήνας, που έχει τα δικά του ιδιαίτερα χαρακτηριστικά. 24

25 2. ΠΟΙΟΤΗΤΑ ΠΟΣΙΜΟΥ ΝΕΡΟΥ 2.1 Γενικά Το νερό έχει πρωταρχική σηµασία για την διατήρηση της ζωής και την ανάπτυξη του ανθρώπινου πολιτισµού στην γη. Ιδιαίτερα το γλυκό νερό είναι καθοριστικής σηµασίας για πολλές ανθρώπινες δραστηριότητες, όπως ύδρευση οικισµών, γεωργία, βιοµηχανία. Η διαθεσιµότητα του γλυκού νερού, παρά την ύπαρξη τεράστιων ποσοτήτων νερού στον πλανήτη, είναι περιορισµένη. Το νερό καλύπτει τα 3/4 της επιφάνειας της γης. Το µεγαλύτερο µέρος του (94%) είναι αλµυρό νερό και κατανέµεται στις θάλασσες και τους ωκεανούς, ενώ ένα µικρό µέρος του (6%) είναι γλυκό νερό και κατανέµεται στην επιφάνεια της γης ή στους υπόγειους υδροφορείς. Η χρήση του αλµυρού νερού περιορίζεται σε λίγες εφαρµογές προς το παρόν και η τεχνολογία της παραγωγής νερού ύδρευσης από αυτό, η οποία έχει αναπτυχθεί πρόσφατα, είναι δαπανηρή. Από τις υπάρχουσες ποσότητες του γλυκού νερού το 1/3 βρίσκεται σε µορφή µη αξιοποιήσιµη (πάγοι, κρυσταλλικό νερό) και µόνον τα 2/3 είναι δυνητικοί υδατικοί πόροι, οι οποίοι είναι µάλιστα άνισα κατανεµηµένοι στις διάφορες περιοχές της γής (AWWA, 1990; Λέκκας, 2005). Κατά τις τελευταίες δεκαετίες, έχει παρατηρηθεί κάποια ποσοτική αλλά και ποιοτική υποβάθµιση των αποθεµάτων του γλυκού νερού, που οφείλεται κυρίως σε ανθρωπογενείς δραστηριότητες. Ιδιαίτερα η ποιότητα των φυσικών νερών έχει επιβαρυνθεί από την ανάπτυξη της γεωργίας µε την χρήση λιπασµάτων και φυτοφαρµάκων, την ανάπτυξη της βιοµηχανίας µε την απόρριψη στερεών και υγρών αποβλήτων και την οικιστική ανάπτυξη µε την αύξηση του όγκου των λυµάτων. Η ποιότητα του διαθέσιµου νερού σε κάθε περιοχή αποτελεί ένα πολύ σηµαντικό ζήτηµα. Το φυσικό νερό δεν είναι απόλυτα καθαρό, αλλά περιέχει διαλυµένα αέρια που προέρχονται από την ατµόσφαιρα και διάφορα οργανικά και ανόργανα συστατικά, διαλυµένα ή αδιάλυτα (αιωρούµενα σωµατίδια) στο νερό, που προέρχονται από τα εδάφη και τα πετρώµατα µε τα οποία αυτό έρχεται σε επαφή. Ορισµένα διαλυµένα συστατικά του φυσικού νερού είναι σηµαντικά για την ανθρώπινη υγεία όταν βρίσκονται σε µικρές συγκεντρώσεις, είτε διότι προσδίδουν σε αυτό ευχάριστη γεύση είτε διότι παρέχουν απαραίτητα στοιχεία στον οργανισµό. Η παρουσία τους, όµως, σε µεγάλες συγκεντρώσεις και η παρουσία ορισµένων ανόργανων και οργανικών ουσιών που είναι χηµικά προϊόντα, επιβλαβή για την υγεία, αποτελεί ένα σηµαντικό πρόβληµα. 25

26 Επίσης, η παρουσία στο νερό διαφόρων παθογόνων µικροοργανισµών είναι δυνατόν να προκαλέσει την µετάδοση µιας σειράς ασθενειών, όπως χολέρας, εντερικών πυρετών, δυσεντερίας και άλλων. Το πρόβληµα της µετάδοσης µέσω του νερού των υδατογενών λεγόµενων ασθενειών, αν και υπήρχε από την αρχαιότητα, ανακαλύφθηκε µόλις στα τέλη του προηγούµενου αιώνα (AWWA, 1990; Λέκκας, 2005). Tα επιφανειακά νερά περιέχουν σχετικά µεγάλες συγκεντρώσεις αιωρουµένων σωµατιδίων, βακτηρίων, µικροφυκών και διαλυµένων οργανικών ουσιών και µικρές συγκεντρώσεις διαλυµένων αλάτων. Αντίθετα, τα υπόγεια νερά χαρακτηρίζονται συνήθως από χαµηλές συγκεντρώσεις αιωρουµένων σωµατιδίων, διαλυµένων οργανικών ουσιών και µικροοργανισµών, αλλά υψηλές συγκεντρώσεις διαλυµένων αλάτων (ασβεστίου, σιδήρου, µαγγανίου κ.ά) και συχνά αερίων (υδροθείου, διοξειδίου του άνθρακα). Σε µερικές περιπτώσεις παρατηρείται ρύπανση των υπόγειων νερών µε φυτοφάρµακα και διαλύτες. Ο L. A. Kulsky (Nikoladze et al., 1989) διακρίνει τα συστατικά των νερών σε 4 κατηγορίες, µε βάση την φυσική κατάσταση και τον βαθµό διασποράς τους: 1) Αδιάλυτα αιωρούµενα σωµατίδια, που αποτελούνται από ανόργανη ύλη (άργιλος, άµµος, γύψος, άσβεστος κ.ά), οργανική ύλη, καθώς επίσης πλαγκτόν και βακτήρια. Στην επιφάνεια των αιωρουµένων προσροφούνται συνήθως µέταλλα, τοξικές ουσίες, µικροοργανισµοί κ.ά. Τα αιωρούµενα παρασύρονται από την ροή του νερού, αλλά καθιζάνουν βαθµιαία όταν το νερό είναι στάσιµο. Προέρχονται από τη διάβρωση πετρωµάτων και εδαφών. Το µέγεθός τους κυµαίνεται από 10-7 έως 10-3 m. Τα αιωρούµενα σωµατίδια δηµιουργούν αισθητικά προβλήµατα ή και προβλήµατα υγείας, αν είναι βακτήρια ή τοξικά ή έχουν προσροφήσει µέταλλα, τοξικές ουσίες ή µικροοργανισµούς. υσχεραίνουν επίσης την απολύµανση του νερού. 2) Κολλοειδή σωµατίδια, υδρόφιλα και υδρόφοβα, ανόργανα και οργανικά (χουµικά, ιοί) τα οποία προέρχονται από έκπλυση εδαφών. Η σταθερότητα των υδρόφοβων κολλοειδών οφείλεται συνήθως στο οµώνυµο φορτίο τους και στις απωστικές µεταξύ τους δυνάµεις. Το µέγεθός τους κυµαίνεται από 10-9 έως 10-7 m. 3) ιαλυµένες ουσίες σε µορφή µορίων, που περιλαµβάνουν συνήθως οργανικές ουσίες (χουµικές και άλλες) και διαλυµένα αέρια (οξυγόνο, άζωτο, διοξείδιο του άνθρακα, υδρόθειο). To µέγεθός τους κυµαίνεται από έως 10-9 m. 4) ιαλυµένες ουσίες σε µορφή ιόντων, κυρίως άλατα (ανόργανοι και οργανικοί ηλεκτρολύτες). Το µέγεθός τους κυµαίνεται από έως 10-9 m. 26

27 Επίσης, µε βάση το είδος των συστατικών του νερού µπορεί να γίνει η εξής διάκριση (AWWA, 1990; Λέκκας, 2005): α) Ζώσα ύλη 1) Βακτήρια Είναι µονοκύτταροι µικροοργανισµοί µε µέγεθος µm. Πολλές σοβαρές ασθένειες προέρχονται από αυτά. Τα σηµαντικότερα βακτήρια στο πόσιµο νερό είναι η Salmonella, η Shigella, η Yersinia enterolytica, η Legionella, το Cambylobacter, το Εscherichia coli (κολοβακτηρίδιο), το Vibrio cholerae, το Mycobacterium και τα opportunistic bacteria. 2) Ιοί Είναι µικροοργανισµοί µε µέγεθος nm (1000 φορές µικρότεροι από τα βακτήρια). εν έχουν δοµή κυττάρου, αλλά πυρήνα µε πρωτεϊνικό περίβληµα. Αναπτύσσονται µόνον µέσα σε ζωντανά κύτταρα. Οι πλέον επικίνδυνοι ιοί στο πόσιµο νερό είναι οι εντεροϊοί, οι οποίοι µολύνουν την γαστρεντερική οδό. Οι κυριότεροι από αυτούς είναι: ο ιός της Hepatitis A, οι ιοί τύπου Norwalk, οι rotaviruses, adenoviruses, enteroviruses, reoviruses. 3) Πρωτόζωα Είναι µονοκύτταροι οργανισµοί, χωρίς κυτταρικό τοίχωµα, άχρωµοι και κινούµενοι. ηµιουργούν κύστεις 5-10 φορές µεγαλύτερες από τα βακτήρια και µπορεί να προκαλέσουν εντερικές ασθένειες, όπως η αµοιβαδική δυσεντερία και η γκιαρντίαση. Τα κυριότερα πρωτόζωα που παίζουν ρόλο στην ποιότητα του πόσιµου νερού είναι η Giardia lamblia, η Entamoeba histolytica, το Cryptosporidium και η Naegletia fowleri. 5) Μικροφύκη Είναι µονοκύτταροι, ακίνητοι συνήθως, φυτικοί οργανισµοί µε µέγεθος µm. εν δηµιουργούν άµεσα προβλήµατα στην υγεία, ορισµένα όµως παράγουν ενδοκαι εξω-τοξίνες, που µπορούν να προκαλέσουν ασθένειες. Η παρουσία τους στο νερό συνδέεται επίσης µε ανεπιθύµητες οσµές ή γεύσεις και την δηµιουργία των επιβλαβών παραπροϊόντων κατά την διεργασία της απολύµανσης µε χλώριο (τριαλογονοµένων παραγώγων του µεθανίου, ΤΗΜs) (Λέκκας, 2005; Κωστοβασίλης, 1991). 27

28 β) Μη ζώσα ύλη 1) Ανόργανα συστατικά Προέρχονται από τα γεωλογικά στρώµατα του εδάφους, από τα υλικά του δικτύου ύδρευσης, βιοµηχανικές απορροές, αστικά λύµατα, αποσύνθεση οργανικών ουσιών κ.ά. Πολλά από αυτά προκαλούν προβλήµατα υγείας. Ορισµένα µέταλλα είναι απαραίτητα για την θρέψη του ανθρώπου σε ελάχιστες συγκεντρώσεις, ενώ σε υψηλότερες συγκεντρώσεις είναι τοξικά (σελήνιο, χρώµιο, χαλκός, µολυβδαίνιο, νικέλιο, ψευδάργυρος). Το κάδµιο και ο υδράργυρος είναι τοξικά µέταλλα προτεραιότητας για την Ε.Ε. 2) Οργανικά συστατικά Προέρχονται από την αποικοδόµηση φυσικής οργανικής ύλης, αστικές και βιοµηχανικές εκροές και από τις χηµικές µεταβολές συστατικών του νερού, που συµβαίνουν κατά την επεξεργασία και µεταφορά του νερού. Τα προϊόντα διάσπασης φυσικής οργανικής ύλης (NOM) περιλαµβάνουν τις χουµικές ουσίες (χουµικά και φουλβικά οξέα), τους µεταβολίτες τους και υδρογονάνθρακες µεγάλου µοριακού βάρους, αλειφατικούς και αρωµατικούς. Πολλά από αυτά προκαλούν δυσάρεστη οσµή και γεύση στο νερό. Οι χουµικές ουσίες είναι οι πρόδροµοι σχηµατισµού πολλών παραπροϊόντων της απολύµανσης του νερού µε δυσµενείς επιδράσεις στην ανθρώπινη υγεία. Οι οργανικές ουσίες οικιακής και βιοµηχανικής προέλευσης περιλαµβάνουν µεταξύ άλλων απορρυπαντικά, φυτοφάρµακα, διαλύτες, πλαστικοποιητές, εντοµοκτόνα κ.ά µε αρνητικές επιπτώσεις στην υγεία. Οι βιοµηχανικής προέλευσης οργανικές ουσίες διακρίνονται σε δύο κατηγορίες: τις πτητικές (συνθετικές) οργανικές ουσίες (VOCs) και τις συνθετικές οργανικές (SOCs). Κατά την παραµονή τους στο περιβάλλον αποικοδοµούνται, αλλά µερικές φορές οι παραγόµενες ενώσεις είναι πιο τοξικές από τις αρχικές. Οι οργανικές ουσίες που δηµιουργούνται κατά την απολύµανση του νερού (DBPs) περιλαµβάνουν ενώσεις όπως τα τριαλογονοµένα παράγωγα του µεθανίου (ΤΗΜs), τα αλογονοµένα οξικά οξέα (HAAs), τα αλογονοακετονιτρίλια (HANs) κ.ά., τα οποία δηµιουργούν σοβαρά προβλήµατα υγείας (καρκίνο, βλάβες σε διάφορα όργανα). Επίσης άλλες επιβλαβείς ουσίες στο νερό προέρχονται από την χρήση κροκιδωτικών µέσων ή χρωµάτων στις σωληνώσεις. 28

29 3) Ραδιενεργά συστατικά Τα ραδιενεργά ισότοπα στο νερό διακρίνονται στα φυσικά και τα τεχνητά ραδιοϊσότοπα. Τα τεχνητά προέρχονται από τη παραγωγή πυρηνικών όπλων και την χρήση των πυρηνικών αντιδραστήρων και από αυτά στο νερό ανιχνεύονται συνήθως το στρόντιο (Sr 90 ) και το τρίτιο (H 3 ). Μεγαλύτερο ενδιαφέρον έχουν τα φυσικά ραδιοϊσότοπα ράδιο (Ra 226, Ra 228 ), ουράνιο (U 238 ) και ραδόνιο (Rd 222 ). Οι ακτινοβολίες α, β και γ που εκπέµπονται από τα ραδιενεργά άτοµα προκαλούν µεταλλάξεις, τερατογενέσεις, καρκίνο και άλλα σοβαρά προβλήµατα υγείας στους ζωντανούς οργανισµούς (Λέκκας, 2005). 2.2 Παράµετροι ποιότητας του νερού Οι ιδιότητες του νερού, και εποµένως η ποιότητά του, καθορίζονται από τις συγκεντρώσεις των συστατικών του και τις φυσικές συνθήκες. Οι παράµετροι της ποιότητας του νερού, όπως καθορίζονται από την Ευρωπαϊκή Ενωση (AWWA, 1990; Λέκκας, 2005; Nikoladze et al., 1989; ΕΕC, 1975) είναι: α) Οργανοληπτικές παράµετροι: περιγράφουν τα οργανοληπτικά χαρακτηριστικά του νερού και σχετίζονται κυρίως µε την αισθητική του εικόνα και λιγότερο µε την επίδρασή του στην υγεία. 1) Θολότητα: ένδειξη της παρουσίας αδιάλυτων αιωρουµένων σωµατιδίων. 2) Χρώµα: ένδειξη κολλοειδών ή διαλυµένων ουσιών φυσικής προέλευσης (χουµικών και άλλων) ή τεχνητών χρωστικών ουσιών. 3) Γεύση και οσµή: ένδειξη της παρουσίας ουσιών φυσικής προέλευσης (σίδηρος, µαγγάνιο, διοξείδιο του άνθρακα, υδρόθειο, φυτικές ουσίες) ή τεχνητής (χλώριο, φαινόλες κ.ά). β) Φυσικοχηµικές παράµετροι: ελεγχόµενες παράµετροι που χαρακτηρίζουν την σύσταση των φυσικών νερών, δεν σχετίζονται άµεσα µε την δηµόσια υγεία, αλλά µε την ποσιµότητα και τις εµπορικές χρήσεις του νερού. 1) Θερµοκρασία: 5-25 ο C 2) ph: χαρακτηρίζει την οξύτητα του νερού, που σχετίζεται µε την συγκέντρωση κατιόντων υδρογόνου. 3) Αγωγιµότητα: σχετίζεται µε την περιεκτικότητα διαλυµένων αλάτων. 4) Ξηρό υπόλειµµα: σχετίζεται µε την περιεκτικότητα στερεών. 5) Ολική σκληρότητα: σχετίζεται µε την περιεκτικότητα ιόντων ασβεστίου, µαγνησίου, σιδήρου κ.ά. 6) Συγκεντρώσεις διαφόρων κατιόντων (ασβεστίου, µαγνησίου, νατρίου, καλίου, αργιλίου) και ανιόντων (χλωρίου, θειϊκών, πυριτικών), καθώς και διαλυµένου οξυγόνου και του ελεύθερου διοξειδίου του άνθρακα. 29