Ένα 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 CH4-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 του αποβλήτου 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. Όμως, η παρούσα οικολογική κατάσταση του οικοσυστήματος απέχει πολύ από το να χαρακτηριστεί ως βέλτιστη, μιας και η απόρριψη ανεπεξέργαστων αποβλήτων στο νερό προκαλεί συγκεντρώσεις 5 φορές μεγαλύτερες από το ανωτέρω όριο, πλησιάζοντας το 0,32% κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού.
Ο έλεγχος τοξικότητας επιτεύχθηκε με τη χρήση βιοδεικτών από δύο τροφικά επίπεδα (ασπόνδυλα 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 τους να χρησιμοποιηθούν από μη εξειδικευμένο προσωπικό για την παρακολούθηση των επιπτώσεων των συγκεκριμένων αποβλήτων. Στη δεύτερη περίπτωση έγινε ο έλεγχος της τοξικότητας με έμβρυα zebrafish (Danio rerio) με βάση τα πρωτόκολλα των σχετικών ISO 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 μεθανίου).
Στα τεστ τοξικότητας που εφαρμόστηκαν (Thamnotoxkit F, Daphtoxkit FTM magna και zebrafish), υπολογίσθηκαν τα L(Ε)C50 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 CH4-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 του Η2-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 του CH4-CSTR 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 του Η2-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 Η2-CSTR.
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.
Η παρατήρηση σκελετικών δυσμορφιών έστω και σε μικρό ποσοστό δειγμάτων του 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 περιβαλλοντικά ασφαλή για άμεση διάθεση σε υδάτινο αποδέκτη χωρίς περαιτέρω επεξεργασία για την απομάκρυνση των υπόλοιπων επιβαρυντικών παραγόντων όπως ο φώσφορος και οι ενώσεις του αζώτου.
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 προαναφερθείσα επεξεργασία αποτελεί μια καινοτομία συνδυασμένης μεθοδολογίας που αποβλέπει αφενός στην εξυγίασνη του αποβλήτου και αφετέρου στην παραγωγή ωφέλιμου παραπροϊόντος όπως είναι το βιοαέριο, τα αποτελέσματα αυτής της έρευνας θα μπορούσαν να αποτελέσουν ένα αξαιρετικά 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. / One of the major environmental hazard not only for the Achaia Prefecture, but also for many other regions of the Greek area has to deal with agro-industrial effluents which outfall to the countryside. Among the agro-industries, the units of milk treatment and cheese production are concerned as such of great environmental interest. Despite that the production of milk and dairy products is relatively limited in Achaia Prefecture, their scattered installation and their unlegal operation contribute considerably in the environmental pollution of the area.
The most dairy units operate in periodical base, they are scattered in the countryside while they are relatively assessed as small units. Their effluents that have been considered as toxic.
The basic aim of the present study is to estimate the toxicity of cheese whey effluents from dairy unit after their treatment for biogas production (hydrogen and methane) in anaerobic digestion reactors (H2-CSTR and CH4-CSTR respectively), aiming at the total estimation of their repercussions in the aquatic ecosystem.
Initially, the ecological risk from the rejection of cheese-whey effluents in the river of Vouraikos has been estimated. The data drived to an annual forecast which gives critical levels of ecological risk during summertime, and remarkable level of risk during autumn.
Integrated analysis proved that effluents concentration of the river smaller than 0,064% is prerequired in order to avoid the ecological risk of the aquatic fauna, while the present ecological situation of ecosystem is far from optimal, as the rejection of the untreated effluents into the water leads to concentrations 5 times higher than the above limit, approaching 0,32% during summertime.
The toxicity estimation was achieved with the use of bioindicators from two trophic levels (freshwater invertebrates and fish): Daphnia magna and Thamnocephalus platyurus in the form of mikrobiotests Thamnotoxkit F and Daphtoxkit FTM magna, and the embryos of zebrafish (Danio rerio) according to the protocols of ISO and EPA.
In total there have been taken 109 samples (4 duplicate samples of cheese whey, 55 duplicate samples from the reactor of hydrogen production and 50 duplicate samples from the reactor of methane production).
In the toxicity tests applied (Thamnotoxkit F, Daphtoxkit FTM magna and zebrafish), L(E)C50 in 24h and 48h were calculated according to the tests protocols. It was found that mean LC50 values for the Thamnocephalus platyurus was 0.76 for the samples from H2-CSTR reactor and 1.33 for the samples from CH4-CSTR reactor. The corresponding values for Daphnia magna in the 48 hours was 1.82 and 2.26 while for the zebrafish 0.88 and 0.95 for the same period. The values resulted from the three tests classify the effluents from “very toxic” to “extremely toxic”.
From the cross-correlation of physicochemical parameters with L(E)C50 results of Thamnocephalus platyurus, the samples of H2-CSTR reactor have positive correlation with the ammonium, nitrites and nitrates ions (R= 0.368, R=0.442 and R=0.362 respectively) and the samples of CH4-CSTR reactor have positive correlation only with TDS (R=0.860). Zebrafish correlates with phosphates (R= 0.542) and ammonium ions (R=0.562) for the samples of H2-CSTR, while for the samples of CH4-CSTR correlate with phosphates (R=0.963) and nitrites ions (R= 0.960).
Daphnia magna does not show significant correlation. The highest values observed was for the samples of H2-CSTR with the ammonium ions (R= 0.316).
According to the above results it is proved that Thamnocephalus platyurus and zebrafish are the most sensitive and suitable organisms for the toxicity estimation of the particular effluents.
The observation of spinal malformations in a small percentage of zebrafish, led to the detection of heavy metals to all treated samples. Chromium, manganese, zinc and lead were detected, however the role of each one of them in the observed malformations could not be investigated in the frames of this study and further research is required.
In ferentially, all the treated samples with both methods were toxic. They are not environmentally safe for direct disposal in the aquatic receiver and further treatment for the removal of the toxic factors as phosphates and the ions of nitrogen is needed.
Finally, it must be noted that the present study is the first toxicity evaluation study of the dairy wastewaters after their treatment for biogas not only in the Greek area but worldwide. Since such a treatment constitutes an innovative and combined methodology that aims to the remediation of the wastewaters and the production of a beneficial by-product as biogas, the results of this study could constitute a useful tool, in one hand for the scientists concerning wastewater treatment provoking them to search methods for further remediation of these effluents from the remaining toxic factors and on the other hand for the officials in order to achieve monitoring and controlling of these particular units.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:upatras.gr/oai:nemertes:10889/2630 |
| Date | 08 February 2010 |
| Creators | Καραδήμα, Κωνσταντίνα |
| Contributors | Ηλιοπούλου – Γεωργουδάκη, Ιωάννα, Karadima, Constantina, Ηλιοπούλου – Γεωργουδάκη, Ιωάννα, Κασπίρης, Παναγιώτης, Κουτσικόπουλος, Κωνσταντίνος, Λυμπεράτος, Γεράσιμος, Κούγκολος, Αθανάσιος, Βενιέρη, Δανάη, Νταϊλιάνης, Στέφανος |
| Source Sets | University of Patras |
| Language | gr |
| Detected Language | Greek |
| Type | Thesis |
| Rights | 0 |
| Relation | Η ΒΚΠ διαθέτει αντίτυπο της διατριβής σε έντυπη μορφή στο βιβλιοστάσιο διδακτορικών διατριβών που βρίσκεται στο ισόγειο του κτιρίου της. |
Page generated in 0.0043 seconds