o3fi 6 Lτ2ύ) r J ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΤΜΗΜΑ ΒΙΟΛΟΓΙΑΣ ΤΟΜΕΩΣ ΒΙΟΩΟΓΙΩΣ ΖΩΩΝ Εκτίμηση της τοξικότητας διαφόρων σταδίων επεξεργασίας αποβλήτων τυροκομικών μονάδων με χρήση βιοδευcτών ~ ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ Κωνσταντίνα Καραδήμα Βιολόγος MSc ΠΑΤΡΑ, ΟΚΤΩΒΡΙΟΣ 2009
ΠΕΡΙΛΗΨΗ 'Ενα από τα μεγαλύτερα περιβαλλοντικά προβλήματα που αντιμετωπίζει όχι μόνο ο Νομός Αχαΐας αλλά και πολλές άλλες περιοχές της χώρας μας είναι η υποβάθμιση του περιβάλλοντος από μια σειρά αποβλήτων αγροτοβιομηχανιών που υπάρχουν στην ελληνική ύπαιθρο. Μεταξύ των αγροτοβιομηχανιών σημαντική Θέση κατέχουν οι μονάδες επεξεργασίας γάλακτος και παραγωγής τυριού. Παρά το ότι η παραγωγή γάλακτος και γαλακτοκομικών προϊόντων είναι σχετικά περιορισμένη στο Νομό Αχαΐας ωστόσο η διάσπαρτη κατανομή τους σε συνδυασμό με τις κρατούσες συνθήκες λειτουργίας τους συμβάλλει σημαντικά στη ρύπανση του περιβάλλοντος της περιοχής. Είναι γεγονός ότι οι περισσότερες αγροτοβιομηχανίες όπως τα τυροκομεία, λειτουργούν σε περιοδική βάση αφού τα προϊόντα τους είναι εποχικά, τα εργοστάσια είναι διασκορπισμένα σε μεγάλες αποστάσεις και οι μονάδες είναι σχετικά μικρές. Τα απόβλητα που παράγονται από τις τυροκομικές μονάδες έχουν υψηλό οργανικό φορτίο και από προηγούμενη έρευνα έχει προσδιοριστεί ότι είναι τοξικά και αποτελούν αιτία υποβάθμισης των υδάτινων οικοσυστημάτων. Η παρούσα μελέτη έχει ως βασικό σκοπό την εκτίμηση της τοξικότητας των αποβλήτων που προέρχονται από τυροκομεία μετά από την επεξεργασία τους για παραγωγή βιαερίου (υδρογόνου και μεθανίου) σε αντιδραστήρες αναερόβιας χώνευσης (Η2-CSTR και CΗ4-CSTR αντίστοιχα), με σκοπό την συνολική εκτίμηση των επιπτώσεών τους στο υδάτινο οικοσύστημα. Αρχικά εκτιμήθηκε ο οικολογικός κίνδυνος από την απόρριψη των αποβλήτων μιας τυροκομικής μονάδας στο ποτάμι του Βουραϊκού. Τα δεδομένα που συγκεντρώθηκαν δίνουν ετήσια πρόβλεψη για κρίσιμα επίπεδα οικολογικού κινδύνου σε εποχές όπως είναι το καλοκαίρι όπου η ροή νερού στο ποτάμι είναι μικρή, και για μικρότερο, αλλά και πάλι αξιοσημείωτο επίπεδο κινδύνου κατά το φθινόπωρο. Οι βροχοπτώσεις είναι λογικό να
δημιουργούν μεγαλύτερη αραίωση τον αποβλήτού στο νερό γεγονός που προκαλέι μείωση των επιπέδων κινδύνου. Η συνδυασμένη ανάλυση των δεδομένων απέδειξε ότι εξαιρετικά μικρή συγκέντρωση του αποβλήτου, μικρότερη του 0,064%, είναι προϋπόθεση για να αποφευχθεί ο οικολογικός κίνδυνος για την υδρόβια πανίδα. Ομως η παρούσα οικολογική κατάσταση τον οικοσυστήματος απέχει πολύ από το να χαρακτηριστεί ως βέλπστη, μιας και η απόρριψη ανεπεξέργαστων αποβλήτων στο νερό προκαλεί συγκεντρώσεις 5 φορές μεγαλύτερες από το ανωτέρω όριο, πληστ.άζοντας το 0,32% κατά τη διάρκεια τον καλοκαιριού. Ο έλεγχος τοξixότητας επιτεύχθηκε με τη χρήση βιοδεικτών από δύο τροφικά επίπεδα (ασπόνδύλα και ψάρια του γλυκού νερού). Συγκεκριμένα, στην πρώτη περίπτωση χρησιμοποιήθηκαν δύο μακροασπόνδυλα (Daphnia magna και Thamnocephalus platyurus) με τη μορφή των μικροβιοτέστ Thamnotoxkit F και Daphtoxkit FTM magna, τα οποία επελέγησαν λόγω της αξιοπιστίας τους, της σχετικής ευκολίας τους στη χρήση, του χαμηλού κόστους και της προοπτικής τούς να χρησιμοποιηθούν από μη εξειδικευμένο προσωπικό για την παρακολούθηση των επυπώσεων των συγκεκριμένων αποβλήτων. Στη δεύτερη περίπτωση έγινε ο έλεγχος της τοξικότητας με έμβρυα zebrafish (Danio rerio) με βάση τα πρωτόκολλα των σχετικών IS0 και της EPA. Λήφθηκαν συνολικά 109 δείγματα (4 διπλά δείγματα τυρόγαλου, 55 ~ διπλά δείγματα από τον αντιδραστήρα παραγωγής υδρογόνου και 50 διπλά δείγματα από τον αντιδραστήρα παραγωγής μεθανίού). Στα τεστ τοξικότητας που εφαρμόστηκαν (Thamnotoxkit F, Daphtoxkit F magna και zebrafish), υπολογίσθηκαν τα L(Ε)C5o 24h και 48h σύμφωνα με τα πρωτόκολλα εργασίας. Ευρέθη ότι το μεν Thamnocephalus platyurus είχε μέση τιμή LC50 ίση με 0,76 για τα δείγματα από τον αντιδραστήρα Η2-CSTR και 1,33 για τα δείγματα από τον αντιδραστήρα CΗ.ι-CSTR, οι αντίστοιχες τιμές για την Daphnia magna στις 48 ώρες ήταν 1,82 και 2,26 ενώ για το zebrafish 0,88 και 0,95 στο ίδιο διάστημα. Οι τιμές που προέκυψαν από τους
τρεις ελέγχους κατατάσσουν τα απόβλητα από «πολύ τοξικά» έως «εξαιρετικά τοξικά». Από τη συσχέτιση των φυσικοχημικών παραμέτρων με τα L(Ε)C50 προκύπτει ότι για τα δείγματα τον H2-CSTR υπάρχει Θετική συσχέτιση των αμμωνιακών, νιτρικών και νιτρωδών ιόντων με το Thamnocephalus platyurus (R= 0,368, R=0,442 και R=0,362 αντίστοιχα) και για τα δείγματα τον CH4CSTR συσχέτιση υπάρχει μόνο με τα ολικά διαλυμένα στερεά (R=0,860). Για το zebrafish, υπάρχει συσχέτιση με τα φωσφορικά (R= 0.542) και με τα αμμωνιακά ιόντα (R=0,562) για τα δείγματα τον H2-CSTR, ενώ για τα δείγματα του CH4-CSTR με τα φωσφορικά (R=0,963) και τα νιτρώδη ιόντα ~,. (R= 0,960). Η Daphnia magna δε δείχνει καμία σημαντική συσχέτιση, με τη μεγαλύτερη εξ αυτών να παρατηρείται με τα αμμωνιακά ιόντα (R= 0,316) μόνο για τα δείγματα του HrCSTR. Σύμφωνα με τα ανωτέρω αποτελέσματα τεκμηριώνεται ότι το Thamnocephalus platyurus και το zebrafish είναι οι πιο ευαίσθητοι και επομένως οι πλέον κατάλληλοι οργανισμοί για την εκτίμηση της τοξικότητας των συγκεκριμένων αποβλήτων. H παρατήρηση σκελετικών δυσμορφιών έστω και σε μικρό ποσοστό δειγμάτων τον zebrafish, οδήγησε στην ανίχνευση βαρέων μετάλλων σε όλα τα επεξεργασμένα δείγματα δεδομένου ότι και αυτά έχουν ενοχοποιηθεί για την πρόκληση αυτών. Συγκεκριμένα ανιχνεύθηκαν χρώμιο, μαγγάνιο, ψευδάργυρος και μόλυβδος, όμως ο ρόλος καθενός από αυτά ή και συνεργιστικά όλων αυτών στις παρατηρηθείσες δυσμορφίες δε μπορεί να διερευνηθεί πλήρως στα πλάισια αυτής της μελέτης και για τούτο Θα απαιτηθεί περαιτέρω έρευνα. Συνοπτικά αποδεικνύεται ότι όλα τα επεξεργασμένα δείγματα και με τις δύο μεθόδους ήσαν τοξικά και όχι περιβαλλονπκά ασφαλή για άμεση διάθεση σε υδάτινο αποδέκτη χωρίς περαιτέρω επεξεργασία για την απομάκρυνση των υπόλουτων επιβαρυντικών παραγόντων όπως ο φώσφορος και οι ενώσεις τον αζώτού.
Τέλος Θα πρέπει να σημειωθεί ότι η παρούσα μελέτη είναι η πρώτη μελέτη εκτίμησης της τοξικότητας των αποβλήτων των τυροκομικών μονάδων μετά από την επεξεργασία του για παραγωγή βιοαερίου που γίνεται στη χώρα μας αλλά και γενικότερα δεν υπάρχει ανάλογη αναφορά στη διεθνή βιβλιογραφία. Δεδομένου ότι η προαναφερθεισα επεξεργασία αποτελεί μια καινοτομία συνδυασμένης μεθοδολογίας που αποβλέπει αφενός στην εξυγίασνη του αποβλήτου και αφετέρου στην παραγωγή ωφέλιμου παραπροιόντος όπως είναι το βιοαέριο, τα αποτελέσματα αυτής της έρευνας Θα μπορούσαν να αποτελέσουν ένα αξαιρετ κά χρήσιμο εργαλείο, αφενός στους επιστήμονες που ασχολούνται με την επεξεργασία των αποβλήτων ώστε να αναζητήσουν τρόπους περαιτέρω αποφόρτισης αυτών από τους εναπομείναντες τοξικούς παράγοντες και αφετέρου στην πολιτεία για τη συστηματική παρακολούθηση και τον έλεγχο των συγκεκριμένων μονάδων στα πλαίσια εφαρμογής ορθής περιβαλλοντικής πολιτικής.