Περιβαλλοντική Τεχνολογία και Διαχείριση. Απόστολος Βλυσίδης Καθηγητής ΕΜΠ ΕΙΣΑΓΩΓΗ. Σχολή Χημικών Μηχανικών Εργαστήριο Οργανικής Χημικής Τεχνολογίας

Transcript

1 Περιβαλλοντική Τεχνολογία και Διαχείριση Απόστολος Βλυσίδης Καθηγητής ΕΜΠ Σχολή Χημικών Μηχανικών Εργαστήριο Οργανικής Χημικής Τεχνολογίας ΕΙΣΑΓΩΓΗ

2 Άδεια Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άδεια χρήσης άλλου τύπου, αυτή πρέπει να αναφέρεται ρητώς.

3 Εξέλιξη της ζωής στη Γή

4 Στρωματόλιθοι στον κόλπο Σαρκ της Αυστραλίας

5

6

7 Εξέλιξη της ζωής

8 Εξέλιξη της ζωής στη Γη

9 Τι είναι οικοσύστημα Ένα μέρος της βιόσφαιρας το οποίο έχει την ικανότητα να ανακυκλώνει όλα τα στοιχεία που το απαρτίζουν

10 Πυραμίδα ανάπτυξης ενός οικοσυστήματος

11 Σχέση μεταξύ ανάπτυξη και συγκέντρωση οξυγόνου για το ψάρι Salvelinus fontinalis Βάρος ψαριού, g Θερμο-κρασία o C Συγκέντρωση οξυγόνου, mg/l (8 cm) , % της μέγιστης παραγωγής

12 ΓΕΝΙΚΟ ΣΧΗΜΑ ΕΝΌΣ ΟΙΚΟΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ

13 Παραγωγή βιόμαζας από τα σπουδαιότερα οικοσυστήματα παραγωγικότητα dry g/m 2 /yr παγκόσμια παραγωγή έκταση 10 6 km 2 εύρος τιμών μέση τιμή 10 6 dry tons/year Λίμνες και ποτάμια Βάλτοι και έλη Τροπικά δάση Εύκρατα δάση Βόρεια δάση Θαμνώδεις και ξηλώδεις εκτάσεις Σαβάνες Εύκρατα λιβάδια Τούνδρες και υψηλά βουνά Ερημικές εκτάσεις με θάμνους Έρημοι με βράχους και πάγο Καλλιεργούμενες εκτάσεις ΣΥΝΟΛΟ ΓΗΣ Ανοικτοί ωκεανοί Θάλασσες Ηπείρων

14 Βασικά αναγκαία στοιχεία για την ύπαρξη των οικοσυστημάτων Άνθρακας Νερό Άζωτο (Ν) Φώσφορος (Ρ) Καλιο (Κ)

15 Ο ρόλος του φωσφόρου ως ενεργειακό νόμισμα των οικοσυστημάτων Δομή της Τριφωσφορικής Αδενοσίνης

16 Αποθήκευση ενέργειας στα κύτταρα Η 2 Ο + ΑΤΡ = ΑDP + P +Δg υψηλή Η 2 Ο + ΑDΡ = ΑMP + P +Δg υψηλή ΑMΡ = Α + P +ΔG χαμηλή

17 ΔΙΑΘΕΣΗ ΚΑΙ ΖΗΤΗΣΗ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ Σ ΈΝΑ ΤΥΠΙΚΟ ΟΙΚΟΣΥΣΤΗΜΑ Μέσος μοριακός τύπος των ζωντανών κυττάρων C 5 H 7 O 2 N 0.46 P K Ca Si 0.43 S Μέσος μοριακός τύπος της βιόσφαιρας C 5 H 10 O 5 N P K Ca Si S

18 ΦΥΣΙΚΗ ΕΞΕΛΙΞΗ ΕΝΌΣ ΟΙΚΟΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ Αύξηση της βιοποικιλότητας Ένα ή περισσότερα στοιχεία υπο έλειψη (θρεπτική παρεμπόδιση) Εξέλιξη χωρίς θρεπτική παρεμπόδιση Εξέλιξη με θρεπτική παρεμπόδιση ΦΥΣΙΚΗ ΕΞΕΛΙΞΗ ΕΝΟΣ ΟΙΚΟΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ

19 Τι είναι ρύπανση Η διατάραξη των φυσικοχημικών και βιολογικών ισορροπιών των οικοσυστημάτων εξ αιτίας των ανθρωπίνων δραστηριοτήτων

20 ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ ΡΥΠΑΝΣΗΣ ΣΤΟΥΣ ΚΥΚΛΟΥΣ ΕΝΌΣ ΟΙΚΟΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ Κανονικός κύκλος M Ευτροφικός κύκλος (Οργανική ρύπανση) Υποτροφικός κύκλος (τοξική ρύπανση) Διατάραξη (ρύπανση)

21 ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ ΡΥΠΑΝΣΗΣ ΣΤΙΣ ΙΣΟΡΡΟΠΟΪΕΣ ΤΩΝ ΟΙΚΟΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΡΥΠΑΝΣΗ ΤΟΞΙΚΗ ΡΥΠΑΝΣΗ

22 ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΠΟΡΡΙΨΗ ΑΠΟΒΛΗΤΩΝ ΣΤΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ ΝΑ ΕΙΝΑΙ ΣΤΑΘΕΡΟΠΟΙΗΜΕΝΑ - Να μην περιέχουν βιοαποδομήσιμο οργανικό άνθρακα - Να μην περιέχουν θρεπτικά στοιχεία (άζωτο, φώσφορο και άλλα ιχνοστοιχεία) - ΝΑ ΜΗΝ ΠΕΡΙΕΧΟΥΝ ΤΟΞΙΚΟΤΗΤΑ όπως: Φαινολικές ενώσεις Χλώρο οργανικές ενώσεις βαρέα μέταλλα

23 Τοξικές ενώσεις Μέταλλα (Αρσενικό, Κάδμιο, Χρώμιο, Χαλκός, Μολυβδος, Υδράργυρος, Νικέλιο, Άργυρος, Ψευάργυρος) Οργανικές ενώσεις Πτητικά οργανικά (1,1,1-τριχλωροαιθάνιο, βενζένιο, αίθυλοβενζένιο, μέθυλοχλωρίδιο, τολουένιο, και τριχλωροαιθυλένιο) Ολίγο πτητικά οργανικά(κανονικό διβουτυλφθαλικό ιόν, ναφθαλίνη, ρ-χλωρο-mκρεζόλη, και φαινόλες) Φυτοφάρμακα Πολυχλωριωμένα διφαινύλια (PCBs)

24 ΒΑΣΙΚΕΣ ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΑΝΤΙΡΡΥΠΑΝΣΗΣ - ΚΑΤΑΛΛΗΛΗ ΔΙΑΣΠΟΡΑ και ΑΡΑΙΩΣΗ Ώστε οι συγκεντρώσεις όλων των συστατικών του να βρίσκονται κάτω από το κατώφλι επικινδυνότητας - ΑΠΟΔΟΜΗΣΗ ΤΩΝ ΡΥΠΟΓΟΝΩΝ ΕΝΩΣΕΩΝ ΜΕ ΟΞΕΙΔΩΤΙΚΕΣ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΕΣ - Φυσικοχημικές - Βιολογικές

25 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ

26 ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΕΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΑΠΟΔΟΜΗΣΗΣ και ΣΤΑΘΕΡΟΠΟΙΗΣΗΣ αποβλήτων ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΑΠΟΤΟΞΙΚΟΠΟΙΗΣΗΣ αποβλήτων ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΕΜΠΟΡΕΥΣΙΜΩΝ ΠΡΟΪΟΝΤΩΝ από απόβλητα ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΕΛΑΧΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗΣ ΤΗΣ ΕΠΙΚΙΝΔΥΝΟΤΗΤΑΣ των αποβλήτων Διασπορά Απολύμανση Η ΟΞΕΙΔΩΣΗ ΑΠΟΤΕΛΕΙ ΤΗΝ ΒΑΣΙΚΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΤΟΣΟ ΤΗΣ ΣΤΑΘΕΡΟΠΟΙΗΣΗΣ ΟΣΟ ΚΑΙ ΤΗΣ ΑΠΟΤΟΞΙΚΟΠΟΙΣΗΣ ΚΑΙ ΕΠΟΜΕΝΩΣ ΟΙ ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ ΣΕ ΟΞΥΓΟΝΟ ΓΙΑ ΜΙΑ ΤΕΤΟΙΑ ΟΞΕΙΔΩΣΗ ΑΠΟΤΕΛΕΙ ΤΟ ΒΑΣΙΚΟΤΕΡΟ ΜΕΤΡΟ ΡΥΠΑΝΤΙΚΗΣ ΙΚΑΝΟΤΗΤΑΣ ΕΝΌΣ ΑΠΟΒΛΗΤΟΥ Η ΣΥΜΠΥΚΝΩΣΗ και Ο ΔΙΑΧΩΡΙΣΜΟΣ ΦΑΣΕΩΝ ΑΠΟΣΚΟΠΕΙ ΣΤΗΝ ΑΠΟΔΟΤΙΚΟΤΕΡΗ ΤΕΧΝΙΚΟΟΙΚΟΝΟΜΙΚΑ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΤΟΥΣ

27 ΒΙΟΛΟΓΙΚΗ ΟΞΕΙΔΩΣΗ Σχετικό ενεργειακό επίπεδο + Αντίδραση σύνθεσης Νέα κύτταρα 0 Υπόστρωμα A B C 60% Θερμική ενέργεια 40% - Oξυγόνο A = B= C= Αντίδραση ενέργειας υπόστρωμα για κυτταρική παραγωγή υπόστρωμα για παραγωγή ενέργειας μη βιοαποδομήσιμο υπόστρωμα CO + H 2O + Ενέργεια 2

28 ΧΗΜΙΚΗ ΟΞΕΙΔΩΣΗ Σχετικό ενεργειακό επίπεδο B= υπόστρωμα για ενέργεια C= μη αποδομήσιμο υπόστρωμα + 0 Υπόστρωμα B C Θερμική ενέργεια - Οξειδωτικό μέσον Αντίδραση ενέργειας CO 2 + H 2O + ενέργεια

29 ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ΤΗΣ ΑΠΑΙΤΗΣΗΣ ΟΞΥΓΟΝΟΥ BIOCHEMICAL OXYGEN DEMAND (BOD) CHEMICAL OXYGEN DEMAND (COD) Ρύποι Cr -- AgSO4,160oC 3 2O7 H CO2 H2O 2Cr

30 ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΠΑΡΑΜΕΤΡΩΝ ΑΠΑΙΤΗΣΗΣ ΟΞΥΓΟΝΟΥ 100% ThOD TOD OXYGEN DEMAND Non degradable COD TOTAL ORGANIC CARBON TOC ThOC 100% BOD Cells yield

31 ΔΕΙΚΤΗΣ ΤΟΞΙΚΟΤΗΤΑΣ COD/BOD >2.3 τοξικό υπόστρωμα COD/BOD <2.3 μη τοξικό υπόστρωμα

32 ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΣΚΟΠΟΣ : ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ 1. Δεδομένη ρυπαντική φόρτιση Παροχή αποβλήτου με τις διακυμάνσεις της Συγκέντρωση ρύπων με τις διακυμάνσεις τους Θερμοκρασία με τις διακυμάνσεις της Τρόπος παραγωγής (διαλείπουσα ή συνεχής) 2. Δεδομένες περιβαλλοντικές συνθήκες - Θερμοκρασία - Βροχοπτώσεις, άνεμοι - Θαλάσσια ρεύματα - Σ σταση και διαπερατότητα εδάφους 3. Απαιτήσεις επεξεργασίας 4. Δεδομένη Τεχνολογία και Τεχνικές

33 ΤΙ ΣΗΜΑΙΝΕΙ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ Επίλυση ισοζυγίων μάζας και ενέργειας με σκοπό την βέλτιστη τεχνικοοικονομική διαστασιολόγηση: 1. Του όγκου αντιδραστήρων / διαχωριστήρων / δεξαμενών 2. Της παροχής των γραμμών ροής 3. Της απαιτούμενης θερμικής και ηλεκτρικής ενέργειας 4. Του απαραίτητου ηλεκτρομηχανολογικού εξοπλισμού 5. Τις απαραίτητες παροχές πρόσθετων χημικών

34 ΒΑΣΙΚΕΣ ΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ ΑΥΤΟΚΑΘΑΡΙΣΜΟΥ ΣΤΗ ΦΥΣΗ ΦΥΣΙΚΕΣ ΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ 1. Αραίωση 2. Ιζηματοποίση Κατακρήμνιση - Επαναιώρηση 3. Κροκίδωση 4. Διήθηση 5. Επίπλευση 6. Ρόφηση εκρόφηση αερίων και ενώσεων 7. Μεταφορά θερμότητας

35 ΒΑΣΙΚΕΣ ΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ ΑΥΤΟΚΑΘΑΡΙΣΜΟΥ ΣΤΗ ΦΥΣΗ ΧΗΜΙΚΕΣ ΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ 1. Εξουδετέρωση 2. Οξείδωση - Αναγωγή 3. Ιοντοεναλλαγή

36 ΒΑΣΙΚΕΣ ΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ ΑΥΤΟΚΑΘΑΡΙΣΜΟΥ ΣΤΗ ΦΥΣΗ ΒΙΟΛΟΓΙΚΕΣ ΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ 1. Προκαρυωτικοί μικρο-οργανισμοί - αναερόβια βακτήρια (ετερότροφα αυτότροφα) - αερόβια βακτήρια (ετερότροφα αυτότροφα) 1. Ευκαρυωτικοί οργανισμοί

37 ΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ ΑΠΟΒΛΗΤΩΝ ΑΕΡΙΑ ΡΥΠΑΝΣΗ 1. Φυσικές - Διήθηση - Καθίζηση - Φυγοκέντριση - Προσρόφηση σε στερεά - Ρόφηση σε υγρά 2. Χημικές - Οξείδωση - Αναγωγή 3. Βιολογικές - Αερόβιες

38 ΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ ΑΠΟΒΛΗΤΩΝ ΥΓΡΗ ΡΥΠΑΝΣΗ 1. Φυσικές - Διήθηση - Καθίζηση - Ρόφηση αερίων - Εκρόφηση αερίων - Επίπλευση 2. Χημικές - Οξείδωση - Αναγωγή - Εξουδετέρωση - Απολύμανση - Ιοντοεναλλαγή 3. Βιολογικές - Αερόβιες - Αναερόβιες - Υδροχαρή φυτά

39 ΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ ΑΠΟΒΛΗΤΩΝ ΣΤΕΡΕΗ ΡΥΠΑΝΣΗ 1. Φυσικές - Μηχανική ελάττωση όγκου - Απομάκρυνση υγρασίας (πάχυνση αφυδάτωση - ξήρανση) - Διαλογή υλικών 2. Χημικές - Καύση - Πυρόλυση - Αεριοποίηση 3. Βιολογικές - Αερόβιες (κομποστοποίηση) - Αναερόβιες

40 Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα» του ΕΜΠ έχει χρηματοδοτήσει μόνο την αναδιαμόρφωση του υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.